Es posible que hayamos detectado la primera llamarada magnetar fuera de nuestra galaxia

Los rayos gamma son una categoría amplia de fotones de alta energía, que incluye todo lo que tiene más energía que los rayos X. Si bien a menudo se crean mediante procesos como la desintegración radiactiva, pocos eventos astronómicos los producen en cantidades suficientes como para poder detectarlos cuando la radiación se origina en otra galaxia.

Dicho esto, la lista es mayor que uno, lo que significa que detectar rayos gamma no significa que sepamos qué evento los produjo. A energías más bajas, pueden producirse en las zonas alrededor de los agujeros negros y en las estrellas de neutrones. Las supernovas también pueden producir un estallido repentino de rayos gamma, al igual que la fusión de objetos compactos como las estrellas de neutrones.

Y luego están los magnetares. Se trata de estrellas de neutrones que, al menos temporalmente, tienen campos magnéticos extremos-más de 10¹² veces más fuerte que el campo magnético del Sol. Los magnetares pueden experimentar llamaradas e incluso llamaradas gigantes en las que envían grandes cantidades de energía, incluidos rayos gamma. Estos pueden ser difíciles de distinguir de los estallidos de rayos gamma generados por la fusión de objetos compactos, por lo que los únicos estallidos de magnetares gigantes confirmados han ocurrido en nuestra propia galaxia o sus satélites. Hasta ahora, aparentemente.

¿Qué fue eso?

La explosión en cuestión fue detectada por el equipo de la ESA. Observatorio integral de rayos gamma, entre otros, en noviembre de 2023. GRB 231115A fue corto y duró solo unos 50 milisegundos en algunas longitudes de onda. Si bien se pueden producir estallidos de rayos gamma más largos mediante la formación de agujeros negros durante las supernovas, este breve estallido es similar a los que se espera que se observen cuando las estrellas de neutrones se fusionan.

Los datos direccionales de Integral colocaron a GRB 231115A justo encima de una galaxia cercana, M82, también conocida como la Galaxia del Cigarro. M82 es lo que se llama una galaxia con estallido estelar, lo que significa que está formando estrellas a un ritmo rápido, y es probable que el estallido haya sido provocado por interacciones con sus vecinas. En general, la galaxia está formando estrellas a un ritmo más de 10 veces mayor que el de la Vía Láctea. Eso significa muchas supernovas, pero también significa una gran población de estrellas de neutrones jóvenes, algunas de las cuales formarán magnetares.

Eso no descarta la posibilidad de que M82 estuviera sentado frente a un estallido de rayos gamma de un evento distante. Sin embargo, los investigadores utilizan dos métodos diferentes para demostrar que esto es bastante improbable, lo que deja que algo suceda dentro de la galaxia como la fuente más probable de rayos gamma.

Todavía podría ser un estallido de rayos gamma dentro de M82, excepto que la energía total estimada del estallido es mucho menor de lo que esperaríamos de esos eventos. También debería detectarse una supernova en otras longitudes de onda, pero no había señales de ninguna (y de todos modos, normalmente producen explosiones más largas). Una fuente alternativa, la fusión de dos objetos compactos como, por ejemplo, estrellas de neutrones, habría sido detectable utilizando nuestros observatorios de ondas gravitacionales, pero no se detectó ninguna señal en ese momento. Estos eventos también suelen dejar fuentes de rayos X, pero no se ven nuevas fuentes en M82.

Entonces, parece una llamarada gigante de magnetar, y las posibles explicaciones para un breve estallido de radiación gamma realmente no funcionan para GRB 231115A.

Buscando por mas

El mecanismo exacto por el cual los magnetares producen rayos gamma no está del todo resuelto. Se cree que implica la reorganización de la corteza de la estrella de neutrones, forzada por las intensas fuerzas generadas por el asombrosamente intenso campo magnético. Se cree que las llamaradas gigantes requieren campos magnéticos de al menos 10¹⁵ gauss; El campo magnético de la Tierra es inferior a un gauss.

Suponiendo que el evento envió radiación en todas direcciones en lugar de dirigirla hacia la Tierra, los investigadores estiman que la energía total liberada fue de 10⁴⁵ ergios, lo que se traduce en aproximadamente 10²² megatones de TNT. Entonces, si bien es menos energético que las fusiones de estrellas de neutrones, sigue siendo un evento impresionantemente energético.

Sin embargo, para comprenderlos mejor probablemente necesitemos más de los tres casos en nuestra vecindad inmediata que obviamente están asociados con los magnetares. Por lo tanto, poder identificar consistentemente cuándo ocurren estos eventos en galaxias más distantes sería una gran victoria para los astrónomos. Los resultados podrían ayudarnos a desarrollar una plantilla para distinguir cuándo estamos mirando una llamarada gigante en lugar de fuentes alternativas de rayos gamma.

Los investigadores también señalan que esta es la segunda erupción gigante candidata asociada con M82 y, como se mencionó anteriormente, se esperaría que las galaxias con estallido estelar fueran relativamente ricas en magnetares. Centrar las búsquedas en ella y en galaxias similares podría ser lo que necesitamos para aumentar la frecuencia de nuestras observaciones.

Naturaleza, 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07285-4 (Acerca de los DOI).