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1 de Junio de 2020
Astrofísica

El Koala y la Vaca en una nueva clase de explosiones cósmicas

Sus apodos los hacen parecer más inofensivos. Sin embargo los fenómenos transitorios ópticos azules rápidos «el Koala» y «la Vaca» son bestias cósmicas pertenecientes a una nueva clase de explosiones cósmicas descubierta en los últimos años.

 

De izquierda a derecha, representaciones de una supernova ordinaria, de una explosión de rayos gamma y de un FBOT [Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF].

Hace cerca de cuatro y de hace dos años se observaron dos brotes de luz extraordinariamente brillantes cuyas características no concordaban bien con las de los tipos más frecuentes de supernovas. El de 2016 se produjo hace unos 500 millones de años, en una galaxia enana; el de 2018 ocurrió hace más de 3000 millones de años. Ha sido en mayo de este año, sin embargo, cuando se han publicado unos análisis muy detallados de esas observaciones en The Astrophysical Journal LettersThe Astrophysical Journal. Ambos sucesos han sido incluidos en una nueva categoría de fenómenos cósmicos transitorios, enunciada hace solo unos años, los fenómenos transitorios ópticos azules rápidos (FBOT). Los no muchos especímenes conocidos se han ido descubriendo a lo largo de los últimos años.

Los análisis publicados ahora explican no solo las propiedades de la luz visible de esos dos sucesos (el predominio en su luz visible de las frecuencias azules explica parte del nombre  de su clase), sino en ondas de radio (el de 2018) y en ondas de radio y en rayos X (el de 2016). Los dos nuevos ejemplos se suman así al único FBOT que hasta ahora se había observado no solo en luz visible, sino en ondas de radio y rayos X: AT2018COW o, por ese COW que aparece en su nombre técnico, «la Vaca». Nunca antes se había detectado (fue en 2018) un FBOT tan cercano como ese, en nuestra vecindad cósmica. Despertó mucho interés; se han ido publicando numerosos estudios de sus características. El fenómeno de 2018 que se acaba de dar a conocer se llama ZTF18abvkwla: «el Koala», pues. El de 2016 lleva la denominación de CRTS-CSS161010 J045834-081803 o, en breve, CSS161010. 

Los FBOT son todavía muy desconcertantes. No se sabe con certeza cuál es la fuente de estos potentísimos brotes de energía que se desencadenan tan rápidamente: ascienden muy deprisa hasta el pico de intensidad de la radiación, lo que ocurre en unos días, y descienden también muy deprisa desde él (de ahí lo de rápidos en su nombre); a una supernova, en cambio, le lleva más de dos semanas alcanzar su pico. Esta rapidez explica lo difícil que es que se detecte un fenómeno de estos; solo ha sido posible con la entrada en servicio de medios astronómicos especialmente pensados para captar fenómenos transitorios rápidos.

La Vaca expelió una gran cantidad de materia a una velocidad alta, un décimo de la velocidad de la luz. Sin embargo, el Koala y, sobre todo, CSS161010  superaron en eso claramente a la Vaca. Como informan los investigadores, CSS161010 generó un flujo masivo de materia  (entre una centésima y una décima de la masa del Sol) a suficiente velocidad para que los efectos relativistas fuesen ya moderadamente importantes: aceleró gas y partículas hacia el espacio hasta una velocidad de alrededor de la mitad de la velocidad de la luz, una velocidad algo mayor que la del flujo del Koala, también bastante más veloz que el de la Vaca (las llamadas explosiones de rayos gamma impulsan partículas a velocidades aún mayores, pero la cantidad total de masa que expelen es mucho menor). «Han pasado casi dos años antes de que finalmente comprendiésemos qué era lo que habíamos visto, de poco común que es», dice Raffaella Margutti, una de las autoras del estudio de CSS161010.

Lo que parecía un fallo era un descubrimiento

Parece que en estos tres FTBO particulamente bien estudiados intervino un «motor central», es decir, un agujero negro o una estrella de neutrones muy magnetizada (un magnetar) donde cayó materia, con la consiguiente creación de los chorros veloces de materia que se han observado en el trío de FTBO. 

Deanne Coppejans y sus colaboradores de diversos centros de investigación, el equipo que ha analizado las observaciones de CSS161010, piensan que se trató de una explosión con motor central ligada a una estrella progenitora que conservaba buena parte de su cubierta de hidrógeno y que habría seguido una evolución muy infrecuente. El de CSS161010 se trata del primer flujo expelido relativista que se conoce rico en hidrógeno (el veloz pero subrelativista de la Vaca también era rico en hidrógeno; en cuanto al del Koala, no está claro su contenido de ese elemento). Como lo esperable es que los chorros se produzcan preferentemente en estrellas que han perdido su envoltura de hidrógeno, se trataría de un tipo nuevo e infrecuente de explosión impulsada por un motor central, escriben Coppejans y sus colaboradores, bien diferenciado de los conocidos.

Las explosiones largas de rayos gamma son una forma, también infrecuente en comparación con el caso general, de supernova de colapso de núcleo (la explosión final de una estrella de gran masa cuyo núcleo acaba colapsando, con lo que se crea un agujero negro o una estrella de neutrones), una forma en la que debe de producirse acreción de materia sobre un agujero negro que se forma en el centro, con la consiguiente emisión de chorros de materia. Anna Ho encabeza el equipo que ha presentado ZTF18abvkwla. Observaron que la emisión en radio del Koala acababa pareciéndose con el tiempo a las de las explosiones largas de rayos gamma y era tan intensa como en ellas, mucho más que la de la Vaca, así que buscaron una explosión de rayos gamma que estuviese asociada al Koala, pero no la encontraron (tampoco en CSS161010 se han observado rayos gamma). «Cuando reduje [es decir, procesó] los datos, pensé que había cometido un error», dice esta astrónoma del Instituto de Tecnología de California. Pero no fue así. Y ya sabemos que los chorros de estos FBOT transportan mucha más masa que los de las explosiones de rayos gamma.

Podría haber otro mecanismo que impulsase los FBOT distinto de la explosión de una estrella, por ejemplo la fragmentación de una estrella por las fuerzas de marea originadas por un agujero negro de masa intermedia. El equipo que ha estudiado CSS161010 no descarta que esa pueda ser la causa de este FBOT, aunque no se inclina por ella.

Pero, ¿cómo no?, solo a medida que se vayan detectando más FBOT cabrá saber más de ellos.

Alina Schadwinkel

Referencia: «The Koala: A Fast Blue Optical Transient with Luminous Radio Emission from a Starburst Dwarf Galaxy at z = 0.27», de Anna Y. Q. Ho et al., en The Astrophysical Journal, volumen 895, número 1; «A Mildly Relativistic Outflow from the Energetic, Fast-rising Blue Optical Transient CSS161010 in a Dwarf Galaxy», de D. L. Coppejans et al., en The Astrophysical Journal Letters, volumen 895, número 1; se pueden leer también sus prepublicaciones, arXiv:2003.01222 [astro-ph.HE]arXiv:2003.10503 [astro-ph.HE].

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