M15 tiene un sistema estelar doble de neutrones que eventualmente se fusionará violentamente. Crédito de la imagen: NOAO Haga Click para agrandar
Las explosiones de rayos gamma son las explosiones más poderosas del universo, que emiten grandes cantidades de radiación de alta energía. Durante décadas su origen fue un misterio. Los científicos ahora creen que entienden los procesos que producen explosiones de rayos gamma. Sin embargo, un nuevo estudio realizado por Jonathan Grindlay del Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) y sus colegas, Simon Portegies Zwart (Instituto Astronómico, Países Bajos) y Stephen McMillan (Universidad de Drexel), sugiere una fuente de gamma previamente ignorada. ráfagas de rayos: encuentros estelares dentro de cúmulos globulares.
"Hasta un tercio de todas las explosiones cortas de rayos gamma que observamos pueden provenir de la fusión de estrellas de neutrones en cúmulos globulares", dijo Grindlay.
Los estallidos de rayos gamma (GRB) vienen en dos "sabores" distintos. Algunos duran hasta un minuto, o incluso más. Los astrónomos creen que esos GRB largos se generan cuando una estrella masiva explota en una hipernova. Otras ráfagas duran solo una fracción de segundo. Los astrónomos teorizan que los GRB cortos se originan de la colisión de dos estrellas de neutrones, o una estrella de neutrones y un agujero negro.
La mayoría de los sistemas estelares dobles de neutrones son el resultado de la evolución de dos estrellas masivas que ya orbitan entre sí. El proceso de envejecimiento natural hará que ambos se conviertan en estrellas de neutrones (si comienzan con una masa determinada), que luego se unen en espiral durante millones o miles de millones de años hasta que se fusionan y liberan una explosión de rayos gamma.
La investigación de Grindlay apunta a otra fuente potencial de GRB cortos: los cúmulos globulares. Los cúmulos globulares contienen algunas de las estrellas más antiguas del universo apiñadas en un espacio reducido de solo unos pocos años luz de diámetro. Tales espacios reducidos provocan muchos encuentros estelares cercanos, algunos de los cuales conducen a intercambios de estrellas. Si una estrella de neutrones con una compañera estelar (como una enana blanca o una estrella de secuencia principal) intercambia su pareja con otra estrella de neutrones, el par resultante de estrellas de neutrones eventualmente formará una espiral y colisionará explosivamente, creando una explosión de rayos gamma.
"Vemos estos sistemas precursores, que contienen una estrella de neutrones en forma de púlsar de milisegundos, en todo el lugar en cúmulos globulares", dijo Grindlay. “Además, los cúmulos globulares están tan apretados que tienes muchas interacciones. Es una forma natural de hacer sistemas dobles de estrellas de neutrones ".
Los astrónomos realizaron alrededor de 3 millones de simulaciones por computadora para calcular la frecuencia con la que se pueden formar sistemas dobles de estrellas de neutrones en cúmulos globulares. Sabiendo cuántos se han formado a lo largo de la historia de la galaxia, y aproximadamente cuánto tiempo tarda en fusionarse un sistema, determinaron la frecuencia de explosiones cortas de rayos gamma esperadas de los binarios de cúmulos globulares. Calculan que entre el 10 y el 30 por ciento de todas las explosiones cortas de rayos gamma que observamos pueden resultar de tales sistemas.
Esta estimación tiene en cuenta una curiosa tendencia descubierta por las recientes observaciones de GRB. Se estima que las fusiones y, por lo tanto, las explosiones de los llamados binarios de estrellas de neutrones de "disco" (sistemas creados a partir de dos estrellas masivas que se formaron juntas y murieron juntas) ocurren 100 veces más frecuentemente que las explosiones de binarios de cúmulos globulares. Sin embargo, el puñado de GRB cortos que se han ubicado con precisión tienden a provenir de halos galácticos y estrellas muy antiguas, como se esperaba para los cúmulos globulares.
"Hay un gran problema de contabilidad aquí", dijo Grindlay.
Para explicar la discrepancia, Grindlay sugiere que es probable que las ráfagas de los binarios del disco sean más difíciles de detectar porque tienden a emitir radiación en explosiones más estrechas visibles desde menos direcciones. Un "haz" más estrecho podría resultar de estrellas en colisión cuyos giros están alineados con su órbita, como se esperaba para los binarios que han estado juntos desde el momento de su nacimiento. Las estrellas recién unidas, con sus orientaciones aleatorias, pueden emitir explosiones más amplias cuando se fusionan.
"Los GRB más cortos probablemente provienen de sistemas de disco, simplemente no los vemos todos", explicó Grindlay.
Recientemente, cerca de media docena de GRB cortos han sido localizados con precisión por satélites de rayos gamma, lo que dificulta los estudios exhaustivos. A medida que se recopilen más ejemplos, las fuentes de los GRB cortos deberían entenderse mucho mejor.
El artículo que anuncia este hallazgo se publicó en la edición en línea del 29 de enero de Nature Physics. Está disponible en línea en http://www.nature.com/nphys/index.html y en forma de preimpresión en http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Con sede en Cambridge, Massachusetts, el Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica (CfA) es una colaboración conjunta entre el Observatorio Astrofísico Smithsoniano y el Observatorio Harvard College. Los científicos de CfA, organizados en seis divisiones de investigación, estudian el origen, la evolución y el destino final del universo.
Fuente original: Comunicado de prensa de CfA
