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18/8/07 - DJ:

Explosiones de rayos gamma.

Nicola Masetti está en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la UNLP. Suele viajar a Chile para realizar observaciones en el Observatorio Europeo del Sur (ESO) pero ahora ha venido a dar una charla al lugar donde trabajan colegas con los que comparte investigaciones: los Dres. Sergio Cellone y Gustavo Romero. ¿Tema de la agenda platense? Las explosiones de rayos Gamma -GRBs por sus iniciales en inglés: Gamma-Ray Bursts - algo novedoso en el mundo astronómico y con muchas puntos a esclarecer en los próximos años. En perfecto español, Masetti relató novedades y dudas respecto a estos sucesos ultra energéticos.


Por Alejandra Sofía Boletin 218 (Noticias del Observatorio de La Plata)
Breve presentación de los GRBs

Los observan a través de todo el espectro electromagnético, desde Tierra y mediante satélites. Son poderosas y distantes explosiones en radiación Gamma detectadas en rayos X, en el óptico y en radio recientemente, tan sólo desde hace 10 años; antes eran estudiados pero sin una evidencia en otras longitudes de onda como la sucedida en 1997 gracias al satélite BeppoSAX. Esas violentas explosiones duran desde milisegundos hasta cientos de segundos, pero dejan un efecto en el medio ambiente donde han sucedido que puede verse durante horas y hasta semanas. Hablamos de distancias cosmológicas, esto es que nos llevan casi al inicio del universo. Son explosiones tan extremas que su brillo puede ser más potente que el de toda la galaxia que las alberga. Son unos de los objetos más lejanos en el universo.

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-¿De qué lugar de Italia provenis?

Nací en Bologna, me licencié en astronomía en la Universidad de esa ciudad y luego hice el doctorado en la Universidad de Padua, la otra universidad italiana donde se estudia esa carrera. Me doctoré en 1997 y en 1998 regresé a Bologna para trabajar en el Instituto de Astrofísica Espacial y Física Cósmica (INAF-IASF). Antes este sitio se llamaba Instituto de Técnologías y de Estudio de la Radiación Extraterrestre.

-Nombre atractivo

Cuando nos entregaban la correspondencia nos decían: ¿ustedes son los extraterrestres, no?

-¿Por dónde ha ido y hacia dónde va tu gusto astronómico?

Es un gusto observacional y comencé en el óptico porque la Universidad y el Observatorio de Bologna tienen uno de los telescopios mas grandes de mi país y allí desarrollé mi tesis de licenciatura como observador óptico, continué en Padua con el estudio óptico de fuentes galácticas en rayos X, particularmente de binarias X galácticas y luego, cuando regresé a Bologna integré el grupo del Prof. Frontera, en el IASF. A mí me gusta mucho trabajar en el óptico porque es una de las ventanas más interesantes. Entre otras cosas, brinda mucha información sobre la distancia de los GRBs.

Mi grupo fue uno de los grupos constructores del satélite BeppoSAX (Satellite per Astronomia X, "Beppo" en honor a Giuseppe Occhialini) que observó por primera vez el "afterglow" de un estallido de rayos gamma.

-¿Afterglow?

Es la interacción entre la explosión y el medio ambiente alrededor de la explosión.

-¿Y cuánto tiempo queda afectado ese medio ambiente?

Puede durar días y hasta semanas, de hecho puede durar indefinidamente pero lo que nosotros podemos alcanzar a ver es algo que puede durar pocas semanas. Para un observador terrestre dura ese tiempo pero no se sabe lo que pueda seguir sucediendo. En una escala más larga -más o menos como es de hecho una explosión de una supernova- lo que vemos en esos casos es el material expulsado por la explosión hasta después de miles de años. En la nebulosa del Cangrejo aún se ve una nube producida por la expansión del gas expulsado. Pero en aquellos objetos extremadamente lejanos no podemos ver la misma situación porque no alcanzamos con la sensibilidad de nuestros instrumentos actuales.

A través del satélite BeppoSAX uno de los instrumentos que detectaron un GRB, empezamos a investigarlos no sólo en rayos X sino también en el óptico; Frontera creó un grupo dentro del Instituto para que hiciéramos ese tipo de observaciones; fue una gran intuición ya que en esa época no había mucha experiencia en eso.

El primer GRB fue detectado el 28 de febrero de 1997, mediante una observación en el óptico, por parte de un grupo de holandeses de la Universidad de Amsterdam, guiado por Jan van Paradijs, y casi simultáneamente por un grupo de la Universidad de Bologna del que yo fui parte.

-¿Cuál es el requerimiento mínimo para observar un GRB? ¿Qué tipo de instrumentos se necesitan?

¡Todo depende de cuánto colabore el objeto! Hay estallidos de rayos Gamma que se pueden ver con telescopios que pudieron tomar hasta espectros y que son de 1,5 metros de diámetro pero el objeto colaboró porque era muy brillante.

En otros casos se observaron las primeras fases del destello Gamma con telescopios de 40 o 60 cm. El satélite Swift -que opera desde fines de 2004- tiene por objetivo principal estudiar las enormes y misteriosas explosiones de rayos Gamma; está capacitado para hacerlo en el espectro de los rayos Gamma, X, ultravioletas y en el óptico. Una vez que detecta algún destello o explosión de rayos Gamma, inmediatamente pasa la información a telescopios y personas interesadas que en tiempo real pueden observar desde Tierra; en paralelo también informa a los telescopios robóticos que observan entonces la parte afectada del cielo.

-¿Son muchos los telescopios de este tipo?

Sí hay varios: por ejemplo, hay una red de telescopios norteamericanos que se llama Rotse (Robotic Optical Transient Source Experiment) que están colocados en varios lugares del mundo, para cubrir lo más posible el cielo.

Con mi grupo estamos involucrados en el telescopio REM (Rapid Eye Mount) en el Observatorio ESO de La Silla, en Chile. También utilizamos el Telescopio Nacional Galileo, italiano y que está ubicado en las Islas Canarias (3,5 metros de diámetro).

Hay otras misiones capaces de detectar los GRBs: HETE-2 (High Energy Transient Explorer) que es un pequeño satélite científico que continuó la tarea del BeppoSAX y aún sigue vigente; INTEGRAL, dedicado al estudio de los rayos Gamma emitidos por varias fuentes cósmicas; y el recién lanzado satélite italiano AGILE; pero Swift es dedicado al estudio de los GRBs y por lo tanto tiene una tasa de detección de GRBs más alta.

-En tu charla hablaste de metalicidades, ¿qué clase de información dan esos elementos?

Los astrónomos llaman "metales" a todos los elementos que son más pesados que el helio. Esos datos refieren a la composición química de las galaxias lejanas; en el espectro óptico es posible detectar líneas de emisión producidas por estos metales y desplazadas en el rojo, y esas líneas me dicen cuál es la distancia y también el tiempo del origen de dichas galaxias; al ir más lejos en distancias vamos más lejos en el tiempo y conocemos o tratamos de conocer cómo ha sido el enriquecimiento de metales en el universo. Al principio no había metales, había puro hidrógeno y helio. Cuando aparecen metales, evidentemente hubo un enriquecimiento por la explosión de las supernovas; las reacciones de fusión nuclear produjeron varios elementos más pesados que el helio, como el magnesio, el nitrógeno, el oxígeno. Eso te puede dar una idea de cómo se desarrollaron los varios elementos en el universo a través del tiempo.

-Tiempo ¿Cuándo se han producido estos GRBs?

El "redshift", corrimiento al rojo de las galaxias (una medida que muestra la expansión del Universo) nos da una época que podría ser ubicada en algunos casos, en unos mil millones de años luego del Big Bang, según las teorías más vigentes. Esto, en términos astronómicos, es muy cercano a los inicios del Universo.

-Estas explosiones en rayos Gamma se han podido observar en galaxias muy lejanas.

Sí, y en general son galaxias no tan grandes como las que suelen verse a esas distancias y que evidencian muchos nacimientos de estrellas. Se las observa de un color azulado.

-Mencionaste una explosión de rayos Gamma debido a unas características particulares. Exactamente la denominaron GRB030329. Contanos por qué es especial

En abril de 1998, se detectó una explosión en rayos Gamma y una supernova muy potente -explosión de una estrella muy masiva-. Algunos dijeron que fue una casualidad y otros grupos señalaron que ambos sucesos podrían estar conectados. Fue el primer ejemplo de posible conexión entre un GRB y una supernova.

Por una cuestión de posición en el cielo, hubo grupos que hicieron la conexión física entre los dos objetos, es decir, que el destello Gamma fue producido al momento de la explosión de la supernova. Pero en este caso no se detectó claramente al afterglow y muchos científicos dijeron: "Entonces no tienen nada que ver uno y otro evento, porque se debería ver el afterglow y luego la supernova". En el caso del GRB 030329, detectado en marzo de 2003, tuvimos la posibilidad de ver el "relámpago" Gamma y luego el afterglow, y mediante estudios espectroscópicos cómo éste se "transformaba" en una supernova.

-¿En qué grupo estabas parado cuando sucedió esto?

Hasta ese momento yo no estaba convencido pero tuve que convencerme porque el caso de GRB030329 fue una evidencia muy fuerte; este GRB lo detectó HETE-2 y luego se observó con telescopios ópticos.

-¿Cuántos GRBs se han detectado hasta el momento?

BATSE, uno de los cuatro instrumentos a bordo del Observatorio de rayos Gamma Compton, reveló más de 2700 GRBs, pero recién ahora el satélite Swift tiene información acumulada muy precisa, con una localización posicional y espectral de más de 200 GRBs. Con esto ya se pudo comenzar a construir un análisis estadístico importante.

-¿Qué crees que te va a deparar seguir observando GRBs en el óptico?

En mi charla mostré resultados que están descompaginando el lindo cuadrito de la teoría de las explosiones de rayos Gamma. Los datos que nos brinda Swift aportan más dudas que certezas, que de alguna forma es lo que uno busca, aunque ¡suele dar mucha rabia!

Por ejemplo, se vieron dos GRBs sin supernova y se tendría que haber visto una muy brillante. Pero sólo se vio un afterglow, o sea que no había oscurecimiento en la zona como para no haber podido ver la supernova. Eso quiere decir que la línea de visión estaba limpia pero la supernova no se vio ¿Qué pudo suceder? ¿que el GRB en realidad estaba más allá de la galaxia observada? ¿Estaba detrás y mucho más lejos y no tenía nada que ver con la galaxia que creíamos? ¿De la explosión resultó en el nacimiento de un agujero negro y la supernova colapsó completamente dentro de él?

Otra opción es que la supernova fuera mucho más débil que las que están asociadas a este tipo de objetos. No queda claro qué sucedió.

-¿Hay una tasa de detección de GRBs según los dos hemisferios?

No. Sólo que es más fácil observar desde la tierra en el hemisferio norte porque hay más telescopios pero no por una cuestión de regiones del cielo.

-Y además porque hay más dinero disponible.

¡Sí! Y También más tierra, en el sentido de plataformas continentales donde construir telescopios, que en el hemisferio sur.

-¿Podríamos tener un GRB en nuestra galaxia? ¿Qué sucedería?

Hay estudios sobre eso. Hubo varios artículos de un grupo norteamericano, guiado por A. Melott de la Universidad de Kansas en Norteamérica, que estudiaron los posibles efectos de un GRB en nuestra galaxia y podría ser muy complicado. Esa energía tendría la capacidad de ionizar completamente la atmósfera de cara al GRB y podría producir una descompensación muy fuerte dentro de la atmósfera misma y hasta producir cambios climáticos.

Ese grupo adelantó la hipótesis de que una de las grandes extinciones -no la de dinosaurios sino una anterior, la del periodo Ordoviciano- habría podido ser producida por un evento de este tipo. Son estudios serios publicados en varias revistas especializadas.

-Hay que observar nuestra galaxia con atención buscando GRBs

Exactamente, porque los GRBs son los "relámpagos" y las supernovas el "trueno".

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