GRB 970508 fue un estallido de rayos gamma (GRB) detectado el 8 de mayo de 1997, a las 21:42 UTC ; es históricamente importante por ser el segundo GRB (después de GRB 970228 ) con un resplandor detectado en otras longitudes de onda, el primero en tener una medición directa del corrimiento al rojo del resplandor y el primero en ser detectado en longitudes de onda de radio.
Un estallido de rayos gamma es un destello altamente luminoso asociado con una explosión en una galaxia distante y que produce rayos gamma , la forma más energética de radiación electromagnética , y a menudo seguido por un "resplandor" de mayor duración emitido en longitudes de onda más largas ( rayos X , ultravioleta , óptico , infrarrojo y radio ).
El GRB 970508 fue detectado por el Gamma Ray Burst Monitor del satélite astronómico italo-holandés BeppoSAX . El astrónomo Mark Metzger determinó que el GRB 970508 ocurrió al menos a 6 mil millones de años luz de la Tierra ; esta fue la primera medición de la distancia a un estallido de rayos gamma.
Hasta este estallido, los astrónomos no habían llegado a un consenso sobre a qué distancia de la Tierra se producen los GRB. Algunos apoyaban la idea de que los GRB se producen dentro de la Vía Láctea , pero son visiblemente débiles porque no son muy energéticos. Otros concluyeron que los GRB se producen en otras galaxias a distancias cosmológicas y son extremadamente energéticos. Aunque la posibilidad de múltiples tipos de GRB significaba que las dos teorías no eran mutuamente excluyentes, la medición de la distancia situó inequívocamente la fuente del GRB fuera de la Vía Láctea , poniendo fin al debate de manera efectiva.
GRB 970508 también fue el primer estallido con un resplandor de radiofrecuencia observado . Al analizar la intensidad fluctuante de las señales de radio, el astrónomo Dale Frail calculó que la fuente de las ondas de radio se había expandido casi a la velocidad de la luz . Esto proporcionó evidencia sólida de que los GRB son explosiones que se expanden relativísticamente .
Un estallido de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés) es un destello altamente 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 en el espacio). [2] El estallido inicial suele ir seguido de un "resplandor" de mayor duración emitido en longitudes de onda más largas ( rayos X , ultravioleta , óptico , infrarrojo y radio ). El primer resplandor de GRB que se descubrió fue el resplandor de rayos X de GRB 970228 , [3] que fue detectado por BeppoSAX , un satélite italo-holandés diseñado originalmente para estudiar rayos X. [4]
El jueves 8 de mayo de 1997, a las 21:42 UTC, el monitor de ráfagas de rayos gamma de BeppoSAX registró una ráfaga de rayos gamma que duró aproximadamente 15 segundos. [5] [6] También fue detectada por Ulysses , una sonda espacial robótica diseñada para estudiar el Sol , [7] y por el Experimento de ráfagas y fuentes transitorias (BATSE) a bordo del Observatorio de rayos gamma Compton . [8] La ráfaga también ocurrió dentro del campo de visión de una de las dos cámaras de campo amplio de rayos X de BeppoSAX . En pocas horas, el equipo de BeppoSAX localizó la ráfaga en un cuadro de error (una pequeña área alrededor de la posición específica para explicar el error en la posición) con un diámetro de aproximadamente 10 minutos de arco . [6]
Después de determinar una posición aproximada del estallido, Enrico Costa del equipo BeppoSAX se puso en contacto con el astrónomo Dale Frail en el Very Large Array del Observatorio Nacional de Radioastronomía . Frail comenzó a realizar observaciones en una longitud de onda de 20 centímetros a las 01:30 UTC , menos de cuatro horas después del descubrimiento. [9] Mientras se preparaba para sus observaciones, Frail se puso en contacto con el astrónomo Stanislav Djorgovski, que estaba trabajando con el telescopio Hale . Djorgovski comparó inmediatamente sus imágenes de la región con imágenes más antiguas del Digitized Sky Survey , pero no encontró nuevas fuentes de luz dentro del cuadro de error. Mark Metzger, un colega de Djorgovski en el observatorio Caltech , realizó un análisis más extenso de los datos, pero tampoco pudo identificar nuevas fuentes de luz. [9]
La noche siguiente, Djorgovski volvió a observar la región. Comparó las imágenes de ambas noches, pero el cuadro de error no contenía ningún objeto cuya luminosidad hubiera disminuido entre el 8 y el 9 de mayo. [10] Metzger notó un objeto cuya luminosidad había aumentado, pero supuso que se trataba de una estrella variable en lugar del resplandor del GRB. Titus Galama y Paul Groot, miembros de un equipo de investigación en Ámsterdam dirigido por Jan van Paradijs , compararon imágenes tomadas por el telescopio WIYN el 8 de mayo y el telescopio William Herschel el 9 de mayo. Tampoco pudieron encontrar ninguna fuente de luz que se hubiera desvanecido durante ese tiempo. [10]
Después de descubrir el resplandor de rayos X del estallido, el equipo de BeppoSAX proporcionó una localización más precisa, y lo que Metzger había asumido que era una estrella variable todavía estaba presente en este cuadro de error más pequeño. Tanto el equipo de Caltech como el de Ámsterdam dudaron en publicar conclusiones sobre el objeto variable. El 10 de mayo, Howard Bond, del Instituto Científico del Telescopio Espacial, publicó su descubrimiento [11] , que más tarde se confirmó que era el resplandor óptico del estallido. [10]
En la noche entre el 10 y el 11 de mayo de 1997, el colega de Metzger, Charles Steidel, registró el espectro del objeto variable en el Observatorio WM Keck . [12] Luego envió los datos a Metzger, quien después de identificar un sistema de líneas de absorción asociadas con magnesio y hierro determinó un corrimiento al rojo de z = 0,8349 ± 0,0002, [13] [14] [15] indicando que la luz del estallido había sido absorbida por materia aproximadamente a 6 mil millones de años luz de la Tierra. [16] Aunque no se había determinado el corrimiento al rojo del estallido en sí, la materia absorbente estaba necesariamente ubicada entre el estallido y la Tierra, lo que implica que el estallido en sí estaba al menos tan lejos. [12] [17] La ausencia de características del bosque Lyman-alfa en los espectros limitó el corrimiento al rojo a z ≤ 2,3, [14] [15] mientras que una investigación posterior de Daniel E. Reichart de la Universidad de Chicago sugirió un corrimiento al rojo de z ≈ 1,09. Esta fue la primera instancia en la que los científicos pudieron medir el corrimiento al rojo de un GRB. [18] [19] También se obtuvieron varios espectros ópticos en el Observatorio de Calar Alto en rangos de longitud de onda de 4.300–7.100 Å (430–710 nm ) y 3.500–8.000 Å (350–800 nm), pero no se identificaron líneas de emisión. [20]
El 13 de mayo, cinco días después de la primera detección del GRB 970508, Frail reanudó sus observaciones con el Very Large Array. [21] Hizo observaciones de la posición del estallido en una longitud de onda de 3,5 cm e inmediatamente detectó una señal fuerte. [21] Después de 24 horas, la señal de 3,5 cm se hizo significativamente más fuerte, y también detectó señales en las longitudes de onda de 6 y 21 cm. [21] Esta fue la primera observación confirmada de un resplandor de radio de un GRB. [21] [22] [23]
Durante el mes siguiente, Frail observó que la luminosidad de la fuente de radio fluctuaba significativamente de un día para otro, pero aumentaba en promedio. Las fluctuaciones no se producían simultáneamente en todas las longitudes de onda observadas, lo que Jeremy Goodman, de la Universidad de Princeton, explicó como resultado de que las ondas de radio se desviaban por el plasma interestelar en la Vía Láctea. [22] [24] Estas centelleos de radio (variaciones rápidas en la luminosidad de radio de un objeto) se producen solo cuando la fuente tiene un diámetro aparente de menos de 3 microsegundos de arco. [24]
El monitor de ráfagas de rayos gamma de BeppoSAX, que opera en el rango de energía de 40 a 700 keV , registró una fluencia de (1,85 ± 0,3) × 10 −6 erg / cm 2 (1,85 ± 0,3 nJ /m 2 ), y la cámara de campo amplio (2 a 26 keV) registró una fluencia de (0,7 ± 0,1) × 10 −6 erg/cm 2 (0,7 ± 0,1 nJ/m 2 ). [25] BATSE (20 a 1000 keV) registró una fluencia de (3,1 ± 0,2) × 10 −6 erg/cm 2 (3,1 ± 0,2 nJ/m 2 ). [8]
Unas cinco horas después del estallido, la magnitud aparente del objeto (una medida logarítmica de su brillo, donde un número más alto indica un objeto más débil) era de 20,3 ± 0,3 en la banda U (la región ultravioleta del espectro) y de 21,2 ± 0,1 en la banda R (la región roja del espectro). [20] El resplandor alcanzó su luminosidad máxima en ambas bandas aproximadamente dos días después de que se detectara por primera vez el estallido: 19,6 ± 0,3 en la banda U a las 02:13 UTC del 11 de mayo y 19,8 ± 0,2 en la banda R a las 20:55 UTC del 10 de mayo. [20]
James E. Rhoads, un astrónomo del Observatorio Nacional de Kitt Peak , analizó el estallido y determinó que no fue intensamente irradiado . [26] Un análisis posterior de Frail y sus colegas indicó que la energía total liberada por el estallido fue de aproximadamente 5×10 50 ergs (5×10 43 J), y Rhoads determinó que la energía total de rayos gamma fue de aproximadamente 3×10 50 ergs (3×10 43 J). [27] Esto implicaba que la energía cinética y de rayos gamma de los eyectados del estallido eran comparables, descartando efectivamente aquellos modelos GRB que son relativamente ineficientes en la producción de rayos gamma. [27]
Antes de este estallido, los astrónomos no habían llegado a un consenso sobre a qué distancia de la Tierra se producen los GRB. Aunque la distribución isótropa de los estallidos sugería que no se producen dentro del disco de la Vía Láctea , algunos astrónomos apoyaban la idea de que se producen dentro del halo de la Vía Láctea , concluyendo que los estallidos son visiblemente débiles porque no son muy energéticos. Otros concluyeron que los GRB ocurren en otras galaxias a distancias cosmológicas y que pueden detectarse porque son extremadamente energéticos. La medición de la distancia y los cálculos de la liberación total de energía del estallido apoyaron inequívocamente esta última teoría, poniendo fin al debate. [28]
A lo largo del mes de mayo, los centelleos de radio se hicieron menos perceptibles hasta que cesaron por completo. Esto implica que la fuente de radio se expandió significativamente en el tiempo transcurrido desde que se detectó la explosión. Utilizando la distancia conocida a la fuente y el tiempo transcurrido antes de que terminara el centelleo, Frail calculó que la fuente de radio se había expandido casi a la velocidad de la luz . [29] Si bien varios modelos existentes ya abarcaban la noción de una bola de fuego en expansión relativista , esta fue la primera evidencia sólida para respaldar tal modelo. [30] [31]
El resplandor de GRB 970508 alcanzó una luminosidad total máxima 19,82 días después de que se detectara el estallido. Luego se desvaneció con una pendiente de ley de potencia durante unos 100 días. [32] El resplandor finalmente desapareció, revelando el anfitrión del estallido, una galaxia enana de formación estelar activa con una magnitud aparente de V = 25,4 ± 0,15. [32] [33] La galaxia se ajustó bien a un disco exponencial con una elipticidad de 0,70 ± 0,07. [32] El corrimiento al rojo del resplandor óptico de GRB 970508, z = 0,835, coincidió con el corrimiento al rojo de la galaxia anfitriona de z = 0,83, lo que sugiere que, a diferencia de los estallidos observados anteriormente, GRB 970508 puede haber estado asociado con un núcleo galáctico activo . [32]
