GRB 970228 [2] fue el primer estallido de rayos gamma (GRB) en el que se observó un resplandor . [3] Fue detectado el 28 de febrero de 1997 a las 02:58 UTC . Desde 1993, los físicos habían predicho que a los GRB les seguiría un resplandor de menor energía (en longitudes de onda como ondas de radio , rayos X e incluso luz visible ), pero hasta este evento, los GRB sólo se habían observado en ráfagas muy luminosas de alta intensidad. -energía rayos gamma (la forma más energética de radiación electromagnética ); esto resultó en grandes incertidumbres posicionales que dejaron su naturaleza muy confusa.
La explosión tuvo múltiples picos en su curva de luz y duró aproximadamente 80 segundos. Las peculiaridades de la curva de luz de GRB 970228 sugirieron que también pudo haber ocurrido una supernova . La posición de la explosión coincidió con una galaxia a unos 8,1 mil millones de años luz [4] de distancia (un corrimiento al rojo de z = 0,695), lo que proporciona evidencia temprana de que los GRB ocurren mucho más allá de la Vía Láctea ; Esto quedó demostrado de forma decisiva dos meses más tarde con una explosión posterior del GRB 970508 .
Un estallido de rayos gamma (GRB) es un destello muy luminoso de rayos gamma , la forma más energética de radiación electromagnética . Los GRB fueron detectados por primera vez en 1967 por los satélites Vela , una serie de naves espaciales diseñadas para detectar explosiones nucleares. [5]
GRB 970228 [2] fue detectado el 28 de febrero de 1997 a las 02:58 UTC por el monitor de ráfagas de rayos gamma (GRBM) y una de las cámaras de campo amplio (WFC) a bordo de BeppoSAX , [6] [7] un italiano-holandés Satélite diseñado originalmente para estudiar rayos X. [8] La ráfaga duró alrededor de 80 segundos y tuvo múltiples picos en su curva de luz. [9] Los estallidos de rayos gamma tienen perfiles de tiempo muy diversos, y no se comprende completamente por qué algunos estallidos tienen múltiples picos y otros tienen solo uno. Una posible explicación es que se forman múltiples picos cuando la fuente del estallido de rayos gamma sufre precesión . [10] En unas pocas horas, el equipo de BeppoSAX utilizó la detección de rayos X para determinar la posición de la ráfaga con un cuadro de error (un área pequeña alrededor de la posición específica para tener en cuenta el error en la posición) de 3 minutos de arco . [7] La explosión también fue detectada por la sonda espacial Ulysses . [11]
Aproximadamente uno y nueve días después, se tomaron imágenes ópticas de la caja de error con el Telescopio William Herschel en La Palma; La comparación de las imágenes reveló una fuente puntual de desvanecimiento ubicada en una ascensión recta de 05 h 01 m 46,7 s y una declinación de +11 ° 46 ′ 53,0 ″, proporcionando la primera localización con precisión de segundo de arco de cualquier estallido de rayos gamma. [1]
Imágenes posteriores después de que la fuente puntual se desvaneciera revelaron una galaxia débil casi en la misma posición, la presunta galaxia anfitriona de la explosión; una coincidencia casual de posición era poco probable pero posible, por lo que el origen cosmológico de los GRB no fue concluyente hasta las observaciones de GRB 970508 aproximadamente dos meses después.
En 1993, Bohdan Paczyński y James E. Rhoads publicaron un artículo argumentando que, independientemente del tipo de explosión que causa los GRB, la energía extrema de los GRB significaba que la materia del cuerpo anfitrión debía ser expulsada a velocidades relativistas durante la explosión. Predijeron que la interacción entre la materia eyectada y la materia interestelar crearía un frente de choque . Si este frente de choque se produjera en un campo magnético, los electrones acelerados que se encuentran en él emitirían una radiación sincrotrón duradera en las radiofrecuencias , un fenómeno que más tarde se denominaría luminiscencia radioeléctrica. [12] Jonathan Katz concluyó más tarde que esta emisión de menor energía no se limitaría a las ondas de radio, sino que debería variar en frecuencia desde las ondas de radio hasta los rayos X , incluida la luz visible . [13]
Los instrumentos de campo estrecho a bordo de BeppoSAX comenzaron a realizar observaciones de la posición del GRB 970228 ocho horas después de su detección. [9] Se detectó una fuente transitoria de rayos X que se desvaneció con una pendiente de ley de potencia en los días posteriores a la explosión. Este resplandor de rayos X fue el primer resplandor de GRB jamás detectado. [7] Desde entonces, las desintegraciones de la ley de potencia han sido reconocidas como una característica común en las luminiscencias de GRB, aunque la mayoría de las luminiscencias se desintegran a diferentes ritmos durante las diferentes fases de su vida. [14]
Se tomaron imágenes ópticas de la posición de GRB 970228 los días 1 y 8 de marzo utilizando el Telescopio William Herschel y el Telescopio Isaac Newton . La comparación de las imágenes reveló un objeto cuya luminosidad había disminuido tanto en luz visible como en luz infrarroja . [1] Este fue el resplandor óptico de la explosión. Observaciones de seguimiento más profundas utilizando el New Technology Telescope mostraron que el resplandor coincidía con una galaxia pequeña y distante: la primera evidencia de la naturaleza cosmológica extragaláctica de los estallidos de rayos gamma. [15] [16] Después de que los estallidos de rayos gamma se desvanecieron, observaciones muy profundas tomadas con los telescopios Keck mostraron que la galaxia subyacente tenía un corrimiento al rojo de 0,695. El resplandor de radio previsto nunca se detectó para esta ráfaga. [17] En el momento del descubrimiento de esta explosión, se creía que los GRB emitían radiación de forma isotrópica . Los resplandores de esta explosión y de varias otras, como GRB 970508 y GRB 971214 , proporcionaron evidencia temprana de que los GRB emiten radiación en chorros colimados , una característica que reduce la producción total de energía de una explosión en varios órdenes de magnitud . [18]
Daniel Reichart de la Universidad de Chicago y Titus Galama de la Universidad de Amsterdam analizaron de forma independiente la curva de luz óptica de GRB 970228 y ambos concluyeron que el objeto anfitrión pudo haber sufrido una explosión de supernova varias semanas antes de que ocurriera el estallido de rayos gamma. [19] [20]
Galama analizó la curva de luz de la explosión y descubrió que su luminosidad decaía a diferentes ritmos en diferentes momentos. La luminosidad decayó más lentamente entre el 6 de marzo y el 7 de abril que antes y después de estas fechas. Galama concluyó que la curva de luz anterior había estado dominada por la propia explosión, mientras que la curva de luz posterior fue producida por la supernova Tipo Ic subyacente . [21] Reichart señaló que el resplandor tardío era más rojo que el resplandor temprano, una observación que entraba en conflicto con el modelo relativista de bola de fuego entonces preferido para el mecanismo de emisión de ráfagas de rayos gamma. También observó que el único GRB con un perfil temporal similar era GRB 980326, [20] para el cual Joshua Bloom ya había propuesto una relación de supernova . [22]
Una explicación alternativa para las curvas de luz de GRB 970228 y GRB 980326 implicaba ecos de polvo . Aunque GRB 980326 no proporcionó suficiente información para descartar definitivamente esta explicación, Reichart demostró que la curva de luz de GRB 970228 sólo podría haber sido causada por una supernova. [23] Finalmente se encontró evidencia definitiva que vincula los estallidos de rayos gamma y las supernovas en el espectro de GRB 020813 [24] y el resplandor de GRB 030329 . [25] Sin embargo, las características similares a las de una supernova solo se vuelven evidentes en las semanas posteriores a una explosión, lo que deja la posibilidad de que las variaciones muy tempranas de luminosidad puedan explicarse por ecos de polvo. [26]
Durante la noche del 12 al 13 de marzo, Jorge Melnick realizó observaciones de la región con el New Technology Telescope . Descubrió una débil mancha nebular en la posición de la explosión, casi con certeza una galaxia distante. Aunque existía una remota posibilidad de que la explosión y esta galaxia no estuvieran relacionadas, su coincidencia posicional proporcionó pruebas sólidas de que los GRB se producen en galaxias distantes y no dentro de la Vía Láctea . [27] Esta conclusión fue respaldada posteriormente por observaciones de GRB 970508 , la primera ráfaga en la que se determinó su corrimiento al rojo . [28]
La posición del resplandor de la explosión estaba considerablemente desplazada del centroide de la galaxia anfitriona, descartando efectivamente la posibilidad de que la explosión se originara en un núcleo galáctico activo . Posteriormente se determinó que el corrimiento al rojo de la galaxia era z = 0,695, [17] , lo que corresponde a una distancia de aproximadamente8,123 × 10 9 ly . [4] A esta distancia, la explosión habría liberado un total de5,2 × 10 44 J suponiendo emisión isotrópica . [29]