23.6: El misterio de los estallidos de rayos gamma

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrás:

• Dé una breve historia de cómo se descubrieron los estallidos de rayos gamma y qué instrumentos hicieron posible el descubrimiento
• Explicar por qué los astrónomos piensan que las ráfagas de rayos gamma emiten su energía en lugar de irradiar uniformemente en todas las direcciones
• Describir cómo se produce la radiación de una explosión de rayos gamma y su resplandor posterior
• Explicar en qué se diferencian las ráfagas de rayos gamma de corta duración de las más largas y describir el proceso que produce ráfagas de rayos gamma de corta duración
• Explicar por qué las explosiones de rayos gamma pueden ayudarnos a comprender el universo primitivo

Todo el mundo ama un buen misterio, y los astrónomos no son la excepción. El misterio que discutiremos en esta sección fue descubierto por primera vez a mediados de la década de 1960, no a través de la investigación astronómica, sino como resultado de una búsqueda de los signos reveladores de explosiones de armas nucleares. El Departamento de Defensa de Estados Unidos lanzó una serie de satélites Vela para asegurarse de que ningún país estaba violando un tratado que prohibía la detonación de armas nucleares en el espacio.

Dado que las explosiones nucleares producen la forma más energética de ondas electromagnéticas llamadas rayos gamma (ver Radiación y Espectros), los satélites Vela contenían detectores para buscar este tipo de radiación. Los satélites no detectaron ningún evento confirmado de actividades humanas, pero sí, para sorpresa de todos, detectaron ráfagas cortas de rayos gamma provenientes de direcciones aleatorias en el cielo. La noticia del descubrimiento se publicó por primera vez en 1973; sin embargo, el origen de las ráfagas siguió siendo un misterio. Nadie sabía qué producía los breves destellos de los rayos gamma o qué tan lejos estaban las fuentes.

De unas pocas ráfagas a miles

Con el lanzamiento del Observatorio de Rayos Gamma Compton por parte de la NASA en 1991, los astrónomos comenzaron a identificar muchas más ráfagas y a aprender más sobre ellas (Figura\(\PageIndex{1}\)). Aproximadamente una vez al día, el satélite de la NASA detectó un destello de rayos gamma en algún lugar del cielo que duró desde una fracción de segundo hasta varios cientos de segundos. Antes de las mediciones de Compton, los astrónomos habían esperado que el lugar más probable para que vinieran las ráfagas era el disco principal de nuestra propia Galaxia (en forma de panqueque). De haber sido así, sin embargo, se habrían visto más ráfagas en el avión abarrotado de la Vía Láctea que por encima o por debajo de ella. En cambio, las fuentes de las ráfagas se distribuyeron isotrópicamente; es decir, podían aparecer en cualquier parte del cielo sin preferencia por una región sobre otra. Casi nunca llegó un segundo estallido de la misma ubicación.

Figura\(\PageIndex{1}\) Compton Detecta Ráfagas de Rayos Gamma. a) En 1991, el Observatorio de Rayos Gamma Compton fue desplegado por el Transbordador Espacial Atlantis. Con un peso de más de 16 toneladas, fue una de las mayores cargas científicas jamás lanzadas al espacio. (b) Este mapa de posiciones de ráfagas de rayos gamma medidas por el Observatorio de Rayos Gamma Compton muestra la distribución isotrópica (igual en todas las direcciones), uniforme de ráfagas en el cielo. El mapa está orientado de manera que el disco de la Vía Láctea se estire a través de la línea central (o ecuador) del óvalo. Tenga en cuenta que las ráfagas no muestran ninguna preferencia por el plano de la Vía Láctea, como hacen muchos otros tipos de objetos en el cielo. Los colores indican la energía total en la ráfaga: los puntos rojos indican ráfagas brillantes de larga duración; los puntos azules y morados muestran ráfagas cortas y más débiles.

Para tener una buena idea visual del grado en que las ráfagas provienen de todo el cielo, vea este breve video animado de la NASA que muestra la ubicación de las primeras 500 ráfagas encontradas por el posterior satélite Swift.

Durante varios años, los astrónomos debatieron activamente si las fuentes de ráfagas estaban relativamente cercanas o muy lejanas, las dos posibilidades de ráfagas que se distribuyen isotrópicamente. Las ubicaciones cercanas pueden incluir la nube de cometas que rodea el sistema solar o el halo de nuestra Galaxia, que es grande y esférica, y también nos rodea en todas direcciones. Si, por otro lado, las ráfagas ocurrieron a distancias muy grandes, podrían provenir de galaxias lejanas, que también se distribuyen uniformemente en todas las direcciones.

Tanto las hipótesis muy locales como las muy distantes requerían de algo extraño para estar sucediendo. Si las ráfagas provenían de los fríos alcances exteriores de nuestro propio sistema solar o del halo de nuestra Galaxia, entonces los astrónomos tenían que plantear la hipótesis de algún nuevo tipo de proceso físico que pudiera producir destellos impredecibles de rayos gamma de alta energía en estas regiones del espacio, por lo demás silenciosas. Y si los estallidos vinieron de galaxias a millones o miles de millones de años luz de distancia, entonces deben ser extremadamente poderosas para poder ser observables a distancias tan grandes; de hecho tenían que ser las de las explosiones más grandes del universo.

Los primeros resplandores

El problema de tratar de averiguar la fuente de las ráfagas de rayos gamma era que nuestros instrumentos para detectar rayos gamma no podían precisar el lugar exacto en el cielo donde estaba ocurriendo la explosión. Los primeros telescopios de rayos gamma no tuvieron suficiente resolución. Esto fue frustrante porque los astrónomos sospechaban que si podían precisar la posición exacta de una de estas ráfagas rápidas, entonces podrían identificar a una contraparte (como una estrella o galaxia) en otras longitudes de onda y aprender mucho más sobre la explosión, incluyendo de dónde vino. Esto, sin embargo, requeriría mejoras importantes en la tecnología de detectores de rayos gamma para proporcionar una mejor resolución o detección de la ráfaga a alguna otra longitud de onda. Al final, ambas técnicas jugaron un papel.

El avance llegó con el lanzamiento del satélite italiano holandés BeppoSax en 1996. BeppoSax incluyó un nuevo tipo de telescopio de rayos gamma capaz de identificar la posición de una fuente con mucha más precisión que los instrumentos anteriores, a pocos minutos de arco en el cielo. Por sí mismo, sin embargo, todavía no era lo suficientemente sofisticada como para determinar la fuente exacta de la explosión de rayos gamma. Después de todo, una caja de unos minutos de arco en un costado todavía podría contener muchas estrellas u otros objetos celestes.

Sin embargo, la resolución angular de BeppoSax fue lo suficientemente buena como para indicar a los astrónomos dónde apuntar otros telescopios más precisos con la esperanza de detectar emisiones electromagnéticas de mayor duración de las ráfagas a otras longitudes de onda. La detección de una ráfaga a longitudes de onda de luz visible o radio podría proporcionar una posición precisa de unos segundos de arco y permitir que la posición sea señalada a una estrella o galaxia individual. BeppoSax llevaba su propio telescopio de rayos X a bordo de la nave espacial para buscar tal contraparte, y los astrónomos que usaban instalaciones de luz visible y radio en el suelo estaban ansiosos por buscar esas longitudes de onda también.

Dos observaciones cruciales de ráfagas de BeppoSax en 1997 ayudaron a resolver el misterio de las ráfagas de rayos gamma. El primer estallido llegó en febrero desde la dirección de la constelación de Orión. A las 8 horas, los astrónomos que trabajaban con el satélite habían identificado la posición de la explosión, y reorientaron la nave espacial para enfocar el detector de rayos X de BeppoSax en la fuente. Para su entusiasmo, detectaron una fuente de rayos X que se desvanecía lentamente 8 horas después del evento, la primera detección exitosa de un resplandor residual de una explosión de rayos gamma. Esto proporcionó una ubicación incluso mejor de la ráfaga (con una precisión de aproximadamente 40 segundos de arco), que luego se distribuyó a los astrónomos de todo el mundo para tratar de detectarla a longitudes de onda aún más largas.

Esa misma noche, el Telescopio William Herschel de 4.2 metros en las Islas Canarias encontró una fuente de luz visible que se desvanecía en la misma posición que la posluminiscencia de rayos X, confirmando que tal resplandor también podría detectarse en la luz visible. Eventualmente, el resplandor se desvaneció, pero dejado atrás en la ubicación del estallido original de rayos gamma había una fuente tenue y borrosa justo donde había estado el punto de desvanecimiento de la luz, una galaxia distante (Figura\(\PageIndex{2}\)). Esta fue la primera pieza de evidencia de que las ráfagas de rayos gamma eran en efecto objetos muy energéticos de muy lejos. No obstante, también quedó posible que la fuente de estallido estuviera mucho más cerca de nosotros y simplemente pasó a alinearse con una galaxia más distante, por lo que esta observación por sí sola no fue una demostración concluyente del origen extragaláctico de las ráfagas de rayos gamma.

Figura\(\PageIndex{2}\): Ráfaga de Rayos Gamma. Esta imagen de falso color del Telescopio Espacial Hubble, tomada en septiembre de 1997, muestra el resplandor que se desvanece del estallido de rayos gamma del 28 de febrero de 1997 y la galaxia anfitriona en la que se originó la explosión. La vista izquierda muestra la región de la ráfaga. La ampliación muestra la fuente de estallido y lo que parece ser su galaxia anfitriona. Tenga en cuenta que la fuente de rayos gamma no está en el centro de la galaxia.

El 8 de mayo del mismo año, un estallido vino desde la dirección de la constelación Camelopardalis. En un esfuerzo internacional coordinado, BeppoSax volvió a fijar una posición razonablemente precisa, y casi de inmediato un telescopio en Kitt Peak en Arizona pudo captar el resplandor de luz visible. En 2 días, el telescopio más grande del mundo (el Keck en Hawai) recogió suficiente luz para registrar un espectro de la explosión. El espectro de posluminiscencia de la explosión de rayos gamma de mayo mostró características de absorción de un objeto difuso que estaba a 4 mil millones de años luz del Sol, lo que significa que la ubicación de la explosión tenía que estar al menos tan lejos, y posiblemente incluso más lejos. (Cómo los astrónomos pueden obtener la distancia de tal objeto del desplazamiento Doppler en el espectro es algo que discutiremos en Galaxias.) Lo que ese espectro mostró fue evidencia clara de que el estallido de rayos gamma había tenido lugar en una galaxia distante.

Redes para captar más ráfagas

Después de que las observaciones iniciales mostraron que se pudieron encontrar las localizaciones precisas y posbrillos de las ráfagas de rayos gamma, los astrónomos establecieron un sistema para capturar y localizar ráfagas de manera regular. Pero para responder tan rápido como fuera necesario para obtener resultados utilizables, los astrónomos se dieron cuenta de que necesitaban confiar en sistemas automatizados en lugar de que los observadores humanos estuvieran en el lugar correcto en el momento adecuado.

Ahora, cuando un telescopio de alta energía en órbita descubre una explosión, su ubicación aproximada se transmite inmediatamente a una Red de Coordenadas de Rayos Gamma basada en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, alertando a los observadores en el suelo en pocos segundos para que busquen el resplandor de luz visible.

El primer gran éxito con este sistema lo logró un equipo de astrónomos de la Universidad de Michigan, el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore y los Laboratorios Nacionales Los Álamos, quienes diseñaron un dispositivo automatizado al que llamaron el Experimento Robótico de Búsqueda Óptica Transitoria (ROTSE ), que detectó una contraparte de luz visible muy brillante en 1999. En el pico, la explosión fue casi tan brillante como Neptune, a pesar de una distancia (medida más tarde por espectros de telescopios más grandes) de 9 mil millones de años luz.

Más recientemente, los astrónomos han podido llevar esto un paso más allá, utilizando telescopios de amplio campo de visión para mirar grandes fracciones del cielo con la esperanza de que se produzca una explosión de rayos gamma en el lugar y momento adecuados, y sea registrada por la cámara del telescopio. Estos telescopios de campo amplio no son sensibles a fuentes débiles, pero ROTSE demostró que las posbrillas de rayos gamma a veces podrían ser muy brillantes.

Las esperanzas de los astrónomos fueron reivindicadas en marzo de 2008, cuando se produjo un estallido de rayos gamma extremadamente brillante y su luz fue capturada por dos sistemas de cámaras de campo amplio en Chile: el polaco “Pi del cielo” y el ruso-italiano TORTORA [Telescopio Ottimizzato per la Ricerca dei Transienti Ottici Rapidi (italiano para Telescopio Optimizado para la Investigación de Transitorios Ópticos Rápidos)] (Figura\(\PageIndex{3}\)). De acuerdo con los datos tomados por estos telescopios, durante un periodo de aproximadamente 30 segundos, la luz del estallido de rayos gamma fue lo suficientemente brillante como para que pudiera haber sido vista a simple vista si una persona hubiera estado mirando en el lugar correcto en el momento adecuado. Añadiendo a nuestro asombro, observaciones posteriores de telescopios más grandes demostraron que la explosión ocurrió a una distancia de 8 mil millones de años luz de la Tierra.

Figura\(\PageIndex{3}\): Ráfaga de rayos gamma observada en marzo de 2008. La resplandor extremadamente luminoso del GRB 080319B fue fotografiada por el Observatorio Swift en rayos X (izquierda) y luz visible/ultravioleta (derecha).

Al haz o no al haz

Las enormes distancias a estos eventos significaron que tenían que haber sido asombrosamente enérgicos para parecer tan brillantes como lo fueron a través de una distancia tan enorme. De hecho, requerían tanta energía que planteaba un problema para los modelos de ráfaga de rayos gamma: si la fuente irradiaba energía en todas las direcciones, entonces la energía liberada solo en los rayos gamma durante una ráfaga brillante (como los eventos de 1999 o 2008) habría sido equivalente a la energía producida si toda la masa de una estrella parecida al Sol se convirtieron repentinamente en pura radiación.

Para que una fuente produzca tanta energía tan rápidamente (en una ráfaga) es un verdadero desafío. Aunque la estrella que produce el estallido de rayos gamma fuera mucho más masiva que el Sol (como probablemente sea el caso), no hay medios conocidos de convertir tanta masa en radiación en cuestión de segundos. Sin embargo, hay una manera de reducir la potencia requerida del “mecanismo” que produce las ráfagas de rayos gamma. Hasta el momento, nuestra discusión ha asumido que la fuente de los rayos gamma emite la misma cantidad de energía en todas las direcciones, como una bombilla incandescente.

Pero como discutimos en Pulsares y el descubrimiento de estrellas de neutrones, no todas las fuentes de radiación en el universo son así. Algunos producen haces delgados de radiación que se concentran en solo una o dos direcciones. Un puntero láser y un faro en el océano son ejemplos de tales fuentes con vigas en la Tierra (Figura\(\PageIndex{4}\)). Si, cuando ocurre una ráfaga, los rayos gamma salen en solo uno o dos haces estrechos, entonces nuestras estimaciones de la luminosidad de la fuente pueden reducirse, y las ráfagas pueden ser más fáciles de explicar. En ese caso, sin embargo, el haz tiene que apuntar hacia la Tierra para que podamos ver el estallido. Esto, a su vez, implicaría que por cada ráfaga que vemos desde la Tierra, probablemente hay muchas otras que nunca detectamos porque sus haces apuntan en otras direcciones

Figura\(\PageIndex{4}\): Ráfaga Que Se Viga. La concepción de este artista muestra una ilustración de un tipo de estallido de rayos gamma. El colapso del núcleo de una estrella masiva en un agujero negro ha producido dos brillantes rayos de luz originados en los polos de la estrella, que un observador apuntó a lo largo de uno de estos ejes vería como un estallido de rayos gamma. Las estrellas azules calientes y las nubes de gas en los alrededores están destinadas a mostrar que el evento ocurrió en una región activa formadora de estrellas.

Ráfagas de rayos gamma de larga duración: estrellas explosivas

Después de identificar y seguir un gran número de ráfagas de rayos gamma, los astrónomos comenzaron a reconstruir pistas sobre qué tipo de evento se cree que es responsable de producir la explosión de rayos gamma. O, más bien, qué tipo de eventos, porque hay al menos dos tipos distintos de ráfagas de rayos gamma. Los dos, al igual que los diferentes tipos de supernovas, se producen de formas completamente diferentes.

Observacionalmente, la distinción crucial es cuánto dura la explosión. Los astrónomos ahora dividen las ráfagas de rayos gamma en dos categorías: las de corta duración (definidas como que duran menos de 2 segundos, pero típicamente una fracción de segundo) y las de larga duración (definidas como que duran más de 2 segundos, pero normalmente alrededor de un minuto).

Todos los ejemplos que hemos discutido hasta ahora se refieren a las ráfagas de rayos gamma de larga duración. Estos constituyen la mayoría de las ráfagas de rayos gamma que detectan nuestros satélites, y también son más brillantes y más fáciles de identificar. Muchos cientos de ráfagas de rayos gamma de larga duración, y las propiedades de las galaxias en las que ocurrieron, ahora se han estudiado en detalle. Se observa universalmente que los estallidos de rayos gamma de larga duración provienen de galaxias distantes que todavía están formando estrellas activamente. Por lo general, se encuentra que se encuentran en regiones de la galaxia con una fuerte actividad de formación estelar (como los brazos espirales). Recordemos que cuanto más masiva es una estrella, menos tiempo pasa en cada etapa de su vida. Esto sugiere que las ráfagas provienen de un tipo de estrella joven y de corta duración, y por lo tanto masiva.

Además, en varios casos en los que se ha producido una explosión en una galaxia relativamente cercana a la Tierra (dentro de unos pocos miles de millones de años luz), ha sido posible buscar una supernova en la misma posición, y en casi todos estos casos, los astrónomos han encontrado evidencia de que una supernova de tipo Ic se está disparando. Un tipo Ic es un tipo particular de supernova, que no discutimos en las primeras partes de este capítulo; estas son producidas por una estrella masiva que ha sido despojada de su capa externa de hidrógeno. Sin embargo, solo una pequeña fracción de las supernovas tipo Ic producen ráfagas de rayos gamma.

¿Por qué una estrella masiva con sus capas externas faltantes a veces produciría una explosión de rayos gamma al mismo tiempo que explota como una supernova? La explicación que los astrónomos tienen en mente para la energía extra es el colapso del núcleo de la estrella para formar un agujero negro magnético giratorio o estrella de neutrones. Debido a que el cadáver estelar es magnético y gira rápidamente, su colapso repentino es complejo y puede producir chorros arremolinados de partículas y poderosos haces de radiación, al igual que en un cuásar o núcleo galáctico activo (objetos que aprenderás sobre Galaxias Activas, Cuásares y Agujeros Negros Supermasivos), pero en un escala de tiempo mucho más rápida. Una pequeña cantidad de la masa infalling es expulsada en un haz estrecho, moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz. Las colisiones entre las partículas en el haz pueden producir intensas ráfagas de energía que vemos como una explosión de rayos gamma.

En pocos minutos, la explosión en expansión de la bola de fuego se adentra en la materia interestelar en el vecindario de la estrella moribunda. Esta materia pudo haber sido expulsada de la propia estrella en etapas tempranas de su evolución. Alternativamente, podría ser el gas con el que se formaron la estrella masiva y sus vecinos.

A medida que las partículas de alta velocidad de la explosión se ralentizan, transfieren su energía a la materia circundante en forma de onda de choque. Ese material impactado emite radiación a longitudes de onda más largas. Esto explica la posluminiscencia de los rayos X, la luz visible y las ondas de radio: el resplandor llega a longitudes de onda cada vez más largas a medida que la explosión continúa perdiendo energía.

Ráfagas de rayos gamma de corta duración: cadáveres estelares en colisión

¿Qué pasa con las ráfagas de rayos gamma más cortas? La emisión de rayos gamma de estos eventos dura menos de 2 segundos, y en algunos casos puede durar solo milisegundos, un tiempo sorprendentemente corto. Tal escala de tiempo es difícil de lograr si se producen de la misma manera que las ráfagas de rayos gamma de larga duración, ya que el colapso del interior estelar sobre el agujero negro debería tardar al menos unos segundos.

Los astrónomos buscaron infructuosamente resplandecimientos de ráfagas de rayos gamma de corta duración encontradas por BeppoSax y otros satélites. Evidentemente, los resplandor se desvanecen demasiado rápido. Los telescopios de luz visible de respuesta rápida como ROTSE tampoco fueron útiles: no importa cuán rápido respondieran estos telescopios, las ráfagas no eran lo suficientemente brillantes a longitudes de onda visibles como para ser detectadas por estos pequeños telescopios.

Una vez más, se necesitó un nuevo satélite para aclarar el misterio. En este caso, fue el Satélite Swift Gamma-Ray Burst, lanzado en 2004 por una colaboración entre la NASA y las agencias espaciales italianas y británicas (Figura\(\PageIndex{5}\)). El diseño de Swift es similar al de BeppoSax. Sin embargo, Swift es mucho más ágil y flexible: después de que ocurre una explosión de rayos gamma, los telescopios de rayos X y UV pueden reapuntarse automáticamente en unos pocos minutos (en lugar de unas pocas horas). Así, los astrónomos pueden observar el resplandor mucho antes, cuando se espera que sea mucho más brillante. Además, el telescopio de rayos X es mucho más sensible y puede proporcionar posiciones 30 veces más precisas que las proporcionadas por BeppoSax, lo que permite identificar ráfagas incluso sin observaciones de luz visible o de radio

Figura\(\PageIndex{5}\): Ilustración artística de Swift. La nave espacial estadounidense, Reino Unido/Italia Swift, contiene detectores de rayos gamma, rayos X y ultravioleta a bordo, y tiene la capacidad de reorientarse automáticamente a una ráfaga de rayos gamma detectada por el instrumento de rayos gamma. Desde su lanzamiento en 2005, Swift ha detectado y observado más de mil ráfagas, incluyendo decenas de ráfagas de corta duración.

El 9 de mayo de 2005, Swift detectó un destello de rayos gamma de 0.13 segundos de duración, originado en la constelación Coma Berenices. Sorprendentemente, la galaxia en la posición de los rayos X se veía completamente diferente de cualquier galaxia en la que se hubiera visto ocurrir un estallido de larga duración. El resplandor se originó a partir del halo de una galaxia elíptica gigante a 2.7 mil millones de años luz de distancia, sin signos de ninguna estrella joven y masiva en su espectro. Además, no se detectó ninguna supernova después de la explosión, a pesar de una extensa búsqueda.

¿Qué podría producir una explosión de menos de un segundo de duración, originada en una región sin formación estelar? El modelo líder implica la fusión de dos cuerpos estelares compactos: dos estrellas de neutrones, o quizás una estrella de neutrones y un agujero negro. Dado que muchas estrellas vienen en sistemas binarios o múltiples, es posible tener sistemas donde dos de esos cadáveres estelares orbiten entre sí. De acuerdo con la relatividad general (que se discutirá en Agujeros Negros y Espacio Tiempo Curvo), las órbitas de un sistema estelar binario compuesto por tales objetos deberían decaer lentamente con el tiempo, eventualmente (después de millones o miles de millones de años) haciendo que los dos objetos se estrellaran juntos en una violenta pero breve explosión. Debido a que la decadencia de la órbita binaria es tan lenta, esperaríamos que más de estas fusiones ocurran en galaxias viejas en las que la formación estelar se ha detenido hace mucho tiempo.

Para conocer más sobre la fusión de dos estrellas de neutrones y cómo pueden producir una explosión que dura menos de un segundo, echa un vistazo a esta simulación por computadora de la NASA.

Si bien era imposible estar seguro de este modelo basado en un solo evento (es posible que esta explosión en realidad proviniera de una galaxia de fondo y se alineara con la elíptica gigante solo por casualidad), varias docenas más de ráfagas de rayos gamma de corta duración han sido localizadas desde entonces por Swift, muchas de las cuales también se originan en galaxias con tasas de formación estelar muy bajas. Esto ha dado a los astrónomos una mayor confianza en que este modelo es el correcto. Aún así, para estar plenamente convencidos, los astrónomos están buscando una firma de “pistola humeante” para la fusión de dos remanentes estelares ultra densos.

Hay dos ejemplos que podemos pensar que proporcionarían evidencia más directa. Una es una especie de explosión muy especial, producida cuando los neutrones despojados de las estrellas de neutrones durante la violenta fase final de la fusión se fusionan en elementos pesados y luego liberan calor debido a la radiactividad, produciendo una supernova de corta duración pero roja a veces llamada kilonova. (El término se usa porque es aproximadamente mil veces más brillante que una nova ordinaria, pero no tan “súper” como una supernova tradicional). Las observaciones del Hubble de una ráfaga de rayos gamma de corta duración en 2013 muestran evidencia sugerente de tal firma, pero deben ser confirmadas por observaciones futuras.

La segunda “pistola humeante” ha sido aún más emocionante de ver: la detección de ondas gravitacionales. Como se discutirá en Agujeros Negros y Espacio-Tiempo Curvo, las ondas gravitacionales son ondas en el tejido del espacio-tiempo que la relatividad general predice deben ser producidas por la aceleración de objetos extremadamente masivos y densos, como dos estrellas de neutrones o agujeros negros en espiral uno hacia el otro y colisionando. El primer ejemplo de ondas gravitacionales se ha observado recientemente a partir de la fusión de dos grandes agujeros negros. Si un día se observa que una onda gravitacional coincide en el tiempo y el espacio con una explosión de rayos gamma, esto no sólo confirmará nuestras teorías sobre el origen de las ráfagas cortas de rayos gamma sino que también estaría entre las demostraciones más espectaculares hasta ahora de la teoría de la relatividad general de Einstein.

Sondeando el Universo con Ráfagas de Rayos Gamma

La historia de cómo los astrónomos llegaron a explicar el origen de los diferentes tipos de ráfagas es un buen ejemplo de cómo el proceso científico a veces se asemeja a un buen trabajo de detective. Si bien el misterio de las ráfagas de rayos gamma de corta duración aún se está desentrañando, el enfoque de los estudios para las ráfagas de rayos gamma de larga duración ha comenzado a cambiar de comprender el origen de las ráfagas mismas (que ahora está bastante bien establecido) a utilizarlas como herramientas para comprender el universo más amplio.

La razón por la que las ráfagas de rayos gamma de larga duración son útiles tiene que ver con sus luminosidades extremas, aunque sólo sea por poco tiempo. De hecho, las ráfagas de rayos gamma de larga duración son tan brillantes que fácilmente podrían verse a distancias que corresponden a unos pocos cientos de millones de años después de que comenzara la expansión del universo, que es cuando los teóricos piensan que se formó la primera generación de estrellas. Algunas teorías predicen que es probable que las primeras estrellas sean masivas y completen su evolución en tan solo un millón de años más o menos. Si este resulta ser el caso, entonces las ráfagas de rayos gamma (que señalan la muerte de algunas de estas estrellas) pueden proporcionarnos la mejor manera de sondear el universo cuando las estrellas y las galaxias comenzaron a formarse por primera vez.

Hasta el momento, el estallido de rayos gamma más distante encontrado (el 29 de abril de 2009) originó una notable distancia de 13.200 millones de años luz, lo que significa que ocurrió solo 600 millones de años después del propio Big Bang. Esto es comparable a las galaxias más tempranas y distantes encontradas por el Telescopio Espacial Hubble. No es lo suficientemente mayor como para esperar que se formó a partir de la primera generación de estrellas, pero su aparición a esta distancia aún nos da información útil sobre la producción de estrellas en el universo primitivo. Los astrónomos continúan escaneando los cielos, buscando eventos aún más distantes que señalen la muerte de estrellas incluso más atrás en el tiempo.

Conceptos clave y resumen

Los estallidos de rayos gamma duran de una fracción de segundo a unos pocos minutos. Vienen de todas las direcciones y ahora se sabe que están asociados con objetos muy distantes. Lo más probable es que la energía sea radiada, y, para las que podemos detectar, la Tierra yace en la dirección del haz. Las ráfagas de larga duración (que duran más de unos pocos segundos) provienen de estrellas masivas con sus capas externas de hidrógeno faltantes que explotan como supernovas. Se cree que las ráfagas de corta duración son fusiones de cadáveres estelares (estrellas de neutrones o agujeros negros).