GRB221009A
Explosión de rayos gamma

GRB221009A
Lapso de tiempo de diez horas de GRB 221009A, visto por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi
Tipo de eventoExplosión de rayos gamma
FechaHace unos 1.900 millones de años
(detectado el 9 de octubre de 2022)
Duración10 minutos
InstrumentoTelescopio espacial de rayos gamma Swift y Fermi
ConstelaciónSagitta
Ascensión recta19 h 13 min 03,48 s
Declinación+19° 46′ 24.6″
DistanciaC. 2.4 mil millones de años luz
Desplazamiento al rojo0,151
Otras denominacionesVeloz J1913.1+1946
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GRB 221009A fue un estallido de rayos gamma (GRB) extraordinariamente brillante y muy energético descubierto conjuntamente por el Observatorio Neil Gehrels Swift y el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi el 9 de octubre de 2022. El estallido de rayos gamma duró diez minutos, [1] pero fue detectable durante más de diez horas después de la detección inicial. [2] [3] A pesar de estar a unos 2.400 millones de años luz de distancia, fue lo suficientemente potente como para afectar a la atmósfera de la Tierra , teniendo el efecto más fuerte jamás registrado por un estallido de rayos gamma en el planeta. [4] [5] [6] [7] [8] La luminosidad máxima de GRB 221009A fue medida por Konus-Wind en ~ 2,1 × 10 47 W y por Fermi Gamma-ray Burst Monitor en ~ 1,0 × 10 47 W durante su intervalo de 1,024 s. [9] Se cree que una explosión tan enérgica y cercana a la Tierra como la de 221009A es un evento que ocurre una vez cada 10.000 años. [10] [9] Fue la explosión de rayos gamma más brillante y más enérgica jamás registrada, y algunos la denominaron BOAT (por sus siglas en inglés, Brightest Of All Time) . [9] [11] [12] [13]

Caracterización

El GRB 221009A se originó en la constelación de Sagitta y se produjo hace aproximadamente 1.900 millones de años, [14] sin embargo, su origen se encuentra ahora a 2.400 millones de años luz de la Tierra debido a la expansión del universo durante el tiempo de vuelo a la Tierra. [15] Las emisiones de alta intensidad del estallido abarcaron 15 órdenes de magnitud en el espectro electromagnético , desde emisiones de radio hasta rayos gamma. Las señales de radio transmitidas por la finalización del proceso que creó el estallido inicial probablemente persistirán durante años. [16] Esta emisión de banda ancha ofrece la rara oportunidad de estudiar GRB que normalmente son fugaces con gran detalle. [14] [16]

Observación

El estallido saturó el detector del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi , [17] que capturó fotones de rayos gamma con energías superiores a 100 GeV. [18] GRB 221009A es, con diferencia, el evento más productivo para fotones de muy alta energía ( VHE ) jamás presenciado por instrumentación científica. Antes de GRB 221009A, el número de fotones de muy alta energía detectados a lo largo de toda la historia de la astronomía de GRB ascendía a tan solo unos pocos cientos. El estallido también marcó la primera vez que se detectaron emisiones de fotones de muy alta energía (VHE) de un GRB durante la época temprana. [19] Cuando la radiación del estallido llegó a la Tierra, solo el Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) vio más de 5.000 de estos fotones VHE. Algunos de estos fotones llegaron a la Tierra con una energía récord de 18 TeV, [20] [21] que es más de lo que se puede producir en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el Centro Europeo de Investigación Nuclear ( CERN ). [22] [12] La instalación rusa Carpet-2 en el Observatorio de Neutrinos de Baksan también puede haber registrado un solo fotón de 251 TeV de esta explosión. [17] Estas energías detectadas son mucho mayores que las de GRB 190114C , que tenía hasta 1 TeV de energía, [23] y GRB 190829A, que tenía hasta 3,3 TeV de energía, [24] siendo 221009A el primer y único GRB hasta ahora en tener fotones por encima de 10 TeV. [25] [26] El estallido posiblemente tenía la firma de acelerar rayos cósmicos de energía ultra alta por primera vez, [27] [28] con un estudio que estima que si los rayos cósmicos fueron acelerados por el estallido, probablemente habrían alcanzado energías de 1 ZeV o más (10 21 electronvoltios ), [29] casi un orden de magnitud o mayor, que la partícula Oh-My-God , que es el rayo cósmico de mayor energía jamás observado.

GRB 221009A fue observado posteriormente por el Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), [14] el Monitor of All-sky X-ray Image (MAXI), el Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), [30] [31] [8] el International Gamma-ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), el telescopio espacial XMM-Newton , [32] el Large High Altitude Air Shower Observatory (LHASSO) [33] [34] y muchos otros. [22] [35]

Origen

Las observaciones con el telescopio espacial James Webb (JWST) han confirmado que GRB 221009A fue causado por una estrella masiva que estaba experimentando una supernova . [36] La supernova fue una supernova de tipo Ic , similar a SN 1998bw , la primera supernova vinculada a un GRB.

Los detectores de rayos en India y Alemania detectaron señales de que la ionosfera de la Tierra fue perturbada durante varias horas por el estallido, aunque sólo de manera leve, [37] [17] [4] así como una enorme afluencia de partículas cargadas eléctricamente, [38] mostrando cuán potente fue. [39] [12] Además, un estudio describió el chorro relativista de este estallido de rayos gamma como de estructura inusual. [40] [41]

Magnitud récord

Este gráfico compara la emisión inmediata de GRB 221009A con la de cuatro explosiones de rayos gamma de larga duración anteriores que ostentaron récords.

Algunos astrónomos se refirieron a la explosión como la "más brillante de todos los tiempos", o por el acrónimo "BOAT". [17] [42] Esta afirmación ciertamente no es cierta, pero puede ser la más brillante en la historia de la humanidad. [9] Dan Perley, astrofísico del Instituto de Investigación Astrofísica de la Universidad John Moores de Liverpool , afirmó que "No hay nada en la experiencia humana que se acerque remotamente a tal efusión de energía. Nada". [43] Eric Burns, astrónomo de la Universidad Estatal de Luisiana , también afirmó sobre la energía de la explosión que "La energía de esta cosa es tan extrema que si tomaras todo el Sol y lo convirtieras todo en energía pura, aún no igualaría este evento. Simplemente no hay nada comparable". [44] La potencia de las explosiones de rayos gamma se puede medir por el grado de interacción entre los rayos gamma que emiten y las omnipresentes líneas de polvo interestelar en el espacio profundo. Estas interacciones generan un resplandor en frecuencias de rayos X, generalmente visto como anillos concéntricos de rayos X dispersos con el estallido de rayos gamma en el centro. GRB 221009A es solo el séptimo estallido de rayos gamma conocido que ha generado estos anillos, [10] y hasta marzo de 2023, se había identificado un récord de veinte anillos de resplandor de rayos X alrededor del estallido, el triple del récord anterior. [45] [10] El resplandor de GRB 221009A fue el más brillante jamás registrado, superando el récord de GRB 030329. [ 46] El estallido también tuvo el resplandor de rayos X más brillante jamás registrado, [40] con el resplandor de rayos X siendo alrededor de mil veces más brillante que el GRB típico. [39] También tuvo el resplandor UVOT más brillante jamás registrado una vez corregido por la extinción . [46] Tuvo la mayor cantidad de energía jamás registrada en el rango de TeV, [47] y tuvo los fotones más energéticos jamás registrados para un GRB, alcanzando un pico de 18 TeV. [25] [20] El estallido fue diez veces más brillante que cualquier GRB anterior detectado por la misión Swift . [48] Fue el GRB más brillante e intenso detectado por KONUS-Wind . [1] La rápida emisión del estallido superó con creces todo lo anterior, excediendo por mucho a cuatro poseedores de récords de GRB anteriores, ya que ningún GRB había sido registrado entregando más de 500.000 fotones de rayos gamma por segundo, sin embargo, este GRB alcanzó un pico de más de 6 millones de fotones por segundo. [49] El estallido fue tan brillante que cegó a la mayoría de los instrumentos de rayos gamma en el espacio, impidiendo un registro real de su intensidad.[10] [50] Incluso fue detectado por satélites no diseñados para detectar explosiones de rayos gamma, como la Voyager 1 y un par de orbitadores de Marte . [8] GRB 221009A podría haber producido rayos gamma multi-TeV durante más de una semana después de la fase de aviso, siendo esta característica exclusiva de GRB 221009A, [51] mucho más tiempo en comparación con otras explosiones como GRB 180720B, que produjo rayos gamma multi-TeV durante diez horas después de la fase de aviso, y GRB 190829A, que produjo rayos gamma multi-TeV durante casi tres días después de la fase de aviso. [52]

A pesar de estar a unos dos mil millones de años luz de distancia, la explosión fue lo suficientemente potente como para afectar a la atmósfera de la Tierra , teniendo el efecto más fuerte jamás registrado por una explosión de rayos gamma en el planeta. [4] Activó instrumentos generalmente reservados para estudiar las erupciones solares , y la física solar Laura Hayes de la ESA afirmó que dejó una "huella comparable a la de una gran llamarada solar" del cercano Sol , [53] lo que significa que la explosión tuvo el mismo efecto que una llamarada solar más de 100 billones de veces más cerca, [8] siendo la explosión equivalente a una llamarada solar de clase C3 a M1 basada en el aumento de amplitud VLF . [4] También es significativo que la explosión fuera detectable en observaciones diurnas, donde domina la radiación solar , en comparación con la ionosfera nocturna, que es mucho más sensible a las perturbaciones externas, cuando la radiación solar no domina, lo que muestra cuán grande fue la explosión. [4] También interrumpió las comunicaciones de radio de onda larga. [54]

Con una energía isotrópica radiada de alrededor de 1,2 × 10 55 erg [9] o incluso 3 × 10 55 erg, [55] hasta 1,4 × 10 57 erg, [56] GRB 221009A, junto con eventos como 1,5 × 10 53 AT 2021lwx , el evento 10 61 erg MS 0735.6+7421 y la erupción del supercúmulo de Ofiuco de 5 × 10 61 erg , se encuentran entre los eventos más energéticos de la historia. Sin embargo, AT 2021lwx ocurrió en un lapso de tres años, mientras que las erupciones fueron eventos de alta energía y baja potencia que ocurrieron durante millones de años en comparación con GRB 221009A, que ocurrió durante un período de tiempo minúsculo en comparación. [57] En el modelo de hipernova impulsado por sistemas binarios , el total isótropo de la explosión es su verdadero total de energía. [13] El conocido físico y autor Don Lincoln la describió como la "mayor explosión cósmica que la humanidad haya visto jamás". [12]

Posible aniquilación de pareja

Espectros de GRB 221009A con un pico en dos de los intervalos en rojo debido a la posible aniquilación de pares.

El reanálisis de los datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi reveló con una significancia de 6,2σ una línea de emisión 5 minutos después de que se detectara la explosión y después de que se hubiera atenuado lo suficiente como para terminar con los efectos de saturación de los instrumentos. La señal persistió durante al menos 40 segundos y alcanzó un pico con una energía de aproximadamente 12 MeV y una luminosidad de aproximadamente 0,43×10 50 erg/s que se ha interpretado como una aniquilación electrón-positrón desplazada hacia el azul desde los 0,511 MeV habituales en los que debería ocurrir el caso de baja energía debido a la fuerte energía del chorro relativista que en sí mismo puede parecer un chorro superlumínico . [58] [59]

Relevancia para la nueva física

A través de la comparación de datos recopilados por diferentes observatorios, los científicos concluyeron que el evento 221009A fue de 50 a 70 veces más brillante que el poseedor del récord anterior, además de ser mucho más energético que el poseedor del récord anterior. [35] [10] [41] [11] El pico extremadamente brillante y el resplandor prolongado pueden ayudar a los físicos a estudiar la manera en que la materia interactúa a velocidades relativistas, el único régimen conocido capaz de generar fotones de rayos gamma con más de 100 GeV de energía. [14] GRB 221009A ha permitido a los científicos imponer límites estrictos a cualquier violación de la invariancia de Lorentz propuesta en ciertas teorías de la gravedad cuántica . [60] [61] Los estudios de 221009A y eventos extremos similares son en la actualidad el único acceso de la humanidad a partículas con energías mayores que cualquiera que se pueda generar artificialmente. El examen minucioso de 221009A puede eventualmente producir explicaciones físicas que no están predichas ni explicadas en el Modelo Estándar . [17] Se ha convertido en el estallido de rayos gamma más estudiado de la historia. [62]

  • Se realizaron observaciones casi simultáneas de GRB221009A desde Gemini Sur en Chile. La imagen es una combinación de 4 exposiciones en I, J, H, K con dos instrumentos tomadas en la mañana del viernes 14 de octubre de 2022.
    Se realizaron observaciones casi simultáneas de GRB221009A desde Gemini Sur en Chile . La imagen es una combinación de 4 exposiciones en I, J, H, K con dos instrumentos tomadas en la mañana del viernes 14 de octubre de 2022. [63]
  • La imagen de rayos X de GRB 221009A obtenida por Swift muestra anillos circulares alrededor del estallido de rayos gamma. El polvo de la Vía Láctea dispersó la emisión de rayos gamma del estallido, creando los anillos.[29]
    La imagen de rayos X de GRB 221009A obtenida por Swift muestra anillos circulares alrededor del estallido de rayos gamma. El polvo de la Vía Láctea dispersó la emisión de rayos gamma del estallido, creando los anillos. [64]
  • Lapso de tiempo de imágenes captadas durante 12 días por el telescopio de rayos X a bordo del Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA. Los anillos aparecen a medida que el polvo de nuestra galaxia dispersa la luz hacia nosotros.
    Lapso de tiempo de imágenes captadas durante 12 días por el telescopio de rayos X a bordo del Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA . Los anillos aparecen a medida que el polvo de nuestra galaxia dispersa la luz hacia nosotros.
  • Resplandor en el infrarrojo cercano y anfitrión vistos por la NIRCam del Webb.
    Resplandor en el infrarrojo cercano y anfitrión vistos por la NIRCam del Webb .
  • Resplandor en el infrarrojo cercano y galaxia anfitriona. El segundo estallido de rayos gamma más brillante, GRB 230307A, fotografiado por el Webb, a modo de comparación.
    Resplandor en el infrarrojo cercano y galaxia anfitriona. El segundo estallido de rayos gamma más brillante, GRB 230307A, fotografiado por el Webb, a modo de comparación.

Véase también

Referencias

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