Dos explosiones con extravagancias similares

La radiación de alta energía liberada durante la fusión de dos estrellas de neutrones el año pasado ha dejado a los astrónomos desconcertados. ¿Podría una explosión de rayos gamma de 2015 ayudarnos a reconstruir una imagen coherente de ambas explosiones?

Ilustración artística de la fusión de dos estrellas de neutrones, produciendo una breve explosión de rayos gamma.
NSF / LIGO / Universidad Estatal de Sonoma / A. Simonnet

¿Una explosión sola?

Cuando dos estrellas de neutrones colisionaron en agosto pasado, formando una señal distintiva de ondas gravitacionales y un estallido de radiación detectado por telescopios en todo el mundo, los científicos sabían que estas observaciones cambiarían nuestra comprensión de los estallidos de rayos gamma cortos (GRB). Aunque previamente habíamos observado miles de GRB, GRB 170817A fue el primero en tener una gama tan amplia de observaciones complementarias, tanto en ondas gravitacionales como a través del espectro electromagnético, lo que proporciona información sobre su origen.

Energías isotrópicas equivalentes totales para explosiones de rayos gamma detectadas por Fermi con desplazamientos al rojo conocidos. GRB 170817A (estrella rosa) es un factor de ~ 1, 000 más tenue que los GRB cortos típicos (puntos naranjas). GRB 170817A y GRB 150101B (estrella verde) son dos de los GRB cortos más cercanos detectados.
Adaptado de Burns et al. 2018

Pero rápidamente se hizo evidente que GRB 170817A no era su GRB típico. Para empezar, esta explosión fue inusualmente débil, apareciendo 1, 000 veces menos luminosa que un GRB corto típico. Además, el comportamiento de esta explosión fue inusual: en lugar de tener un solo componente, la explosión de ~ 2 segundos exhibió dos componentes distintos: primero un pico corto y duro (de mayor energía), y luego un más largo y suave ( cola de baja energía).

Las peculiaridades de GRB 170817A provocaron una gran cantidad de modelos que explican su apariencia inusual. En última instancia, la pregunta es: ¿pueden nuestras interpretaciones de GRB 170817A aplicarse con seguridad a la población general de explosiones de rayos gamma? ¿O debemos suponer que GRB 170817A es un evento único, no representativo de la población en general?

Un nuevo análisis de un GRB de 2015 presentado en un estudio reciente dirigido por Eric Burns (NASA Goddard SFC) puede ayudar a responder esta pregunta.

Una cuestión de ángulos

¿Qué tiene que ver una explosión de 2015 con el curioso caso de GRB 170817A? Las quemaduras y los colaboradores han demostrado que esta explosión de 2015, GRB 150101B, exhibió el mismo comportamiento extraño que GRB 170817A: su emisión se puede dividir en dos componentes que consisten en una punta corta y dura, seguida de una cola larga y suave. Sin embargo, a diferencia de GRB 170817A, GRB 150101B no es poco luminoso y duró menos de una décima parte del tiempo.

Las tasas de conteo de Fermi en diferentes rangos de energía muestran el pico duro corto y la cola blanda más larga en GRB 150101B. La punta dura corta es visible por encima de 50 keV (paneles superior y medio). La cola suave es visible en el canal 10 50 keV (panel inferior).
Burns y col. 2018

Curiosamente, estas similitudes y diferencias pueden explicarse por un solo modelo. Burns y sus colaboradores proponen que GRB 150101B y GRB 170817A exhiben exactamente el mismo comportamiento de dos componentes, y sus diferencias en luminosidad y duración pueden explicarse por peculiaridades de la relatividad especial.

Los flujos de salida de alta velocidad como estos tendrán diferentes luminosidades aparentes y duraciones dependiendo de si los vemos a lo largo de su eje o ligeramente desde un lado. Las quemaduras y los colaboradores demuestran que estas dos explosiones podrían tener fácilmente el mismo perfil, pero GRB 150101B se vio casi en el eje, mientras que GRB 170817A se vio desde un ángulo.

Si esto es cierto, entonces quizás más GRBs tienen puntas duras y colas blandas similares a estas dos; Las colas pueden ser difíciles de detectar en ráfagas más distantes. Si bien queda mucho trabajo por hacer, el reconocimiento de que GRB 170817A puede no ser único es importante para comprender tanto su comportamiento como el de otros GRB cortos.

Citación

Fermi GBM Observaciones de GRB 150101B: un segundo evento cercano con una punta dura corta y una cola suave, E. Burns et al 2018 ApJL 863 L34. doi: 10.3847 / 2041 -8213 / aad813


Esta publicación apareció originalmente en AAS Nova, que presenta aspectos destacados de investigaciones de las revistas de la American Astronomical Society.