Descubren nuevo astro: las "Kilonovas"

El Telescopio Espacial Hubble de la NASA ha detectado un nuevo tipo de explosión estelar llamada "kilonova".

Fusión de dos objetos compactos

Estas explosiones ocurren cuando un par de objetos compactos, como estrellas de neutrones, chocan y se mezclan. 

El Hubble observó la explosión declinando de brillo de la kilonova el mes pasado, después de un estallido de rayos gamma de corta duración (GRB) en una galaxia a casi 4 mil millones de años luz de la Tierra.

"Esta observación finalmente resuelve el misterio de los estallidos de los GRB cortos", dijo Nial Tanvir de la Universidad de Leicester en el Reino Unido, quien dirigió un equipo de investigadores que realizaron este estudio.

Que es un GRB?

Las explosiones de rayos gamma son de dos tipos: de larga y corta duración.

Los de larga duración (mas de dos segundos) están asociados al colapso final de una estrella extremadamente masiva.

Los de corta duración hasta ahora habían desafiado una explicación. 

Representan alrededor del 30% de los estallidos de rayos gamma, pero hasta 2005, no se había detectado con éxito ningún resplandor y poco se sabia de su origen. Al ser tan cortos, la detección es extremadamente difícil. Aunque tengan una duración tan corta, muestran un brillo residual que puede mostrarse mucho mas tiempo.

La duración media de estos eventos de 0,2 segundos, lo que sugiere una fuente de muy pequeño diámetro físico en términos estelares: menos de 0,2 segundos-luz o 60 mil kilómetros, apenas cinco diámetro terrestres.

Como ocurren?

En la siguiente secuencia, se ilustra el modelo kilonova para la formación de un GRB de corta duración.

1. Un par de estrellas de neutrones en un sistema binario tienen órbitas en espiral, decayendo.
2. En los últimos milisegundos, los dos objetos se fusionan, que emite material altamente radiactivo. Este material se calienta y se expande, lo que produce el destello de luz llamado kilonova.
3. Las bolas de fuego bloquean la luz visible, pero no la luz infrarroja.
4. Un disco de restos (remanente) envuelve el objeto resultante de la fusión, que pueden haber colapsado para formar un agujero negro.

"Sólo teníamos débil evidencia circunstancial de que las explosiones cortas podrían ser producidas por la fusión de objetos compactos", añade Tanvir. "Este resultado ahora parece proporcionar una prueba definitiva."

El resultado de la explosión, denominada "kilonova" es cerca de 1.000 veces más brillante que una nova regular, que es causada por la erupción de una enana blanca, pero 1/10 a 1/100 del brillo de una supernova tipo II.

En la imagen de la izquierda, la galaxia en el centro es en la que se detectó el estallido de rayos gamma, denominada GRB 130603B. La galaxia, catalogada como SDS J112848.22 170418.5, está a casi 4 mil millones de años luz de distancia. La imagen de la derecha arriba esta tomada con la cámara de campo ancho de Hubble el 13 de junio de 2013, donde se reveló un brillo infrarrojo cercano, coincidiendo con la posición de la fuente de la explosión de rayos gamma, que se muestra con una flecha. Cuando Hubble observó el mismo lugar el 3 de julio, la fuente había desaparecido. El resplandor de la explosión y su decaimiento de brillo proporcionó evidencia clave para aclarar  la explosión estelar llamada kilonova.

La predicción del modelo

En un reciente paper científico Jennifer Barnes y Daniel Kasen, de la Universidad de California en Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley presentaron nuevos cálculos que predicen cómo las kilonovas se deberían buscar. 

Predijeron que el mismo plasma caliente generado en la explosión produciría la radiación que bloquearía la luz visible, haciendo que la energía desde la kilonova se pudiera detectar en infrarrojo cercano durante varios días.

Probando el modelo

Una inesperada oportunidad para poner a prueba este modelo fue 3 de junio de 2013 con el Telescopio Espacial Swift de la NASA que detectó un GRB corto muy brillante, catalogado como GRB 130603B. 

A pesar de la explosión inicial de rayos gamma duró sólo un décimo de segundo, fue aproximadamente 100 mil millones de veces más brillante que el flash kilonova posterior.

A partir de junio 12-13,  Hubble registró la ubicación de la explosión inicial, detectando un objeto rojo tenue. Un análisis independiente de los datos procedentes de otro equipo de investigación confirmó la detección. 

La explosión a la izquierda en rojo (extremadamente brillante), en el medio en amarillo y a la derecha en IR.

Posteriores observaciones del Hubble el 3 de julio revelaron que la fuente había desaparecido, por lo tanto, proporcionar la evidencia clave para determinar que luz infrarroja fue de una explosión que acompaña a la fusión de dos objetos.

Los resultados del equipo aparecieron el 3 de agosto de 2013 en una publicación especial en línea de la revista Nature. Puedes ver un resumen del trabajo y gráficos gratis aquí.