GRB 221009A

GRB 221009A fue un estallido de rayos gamma (GRB) extraordinariamente brillante y muy energético descubierto conjuntamente por el Observatorio Swift Neil Gehrels y el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi el 9 de octubre de 2022. El estallido de rayos gamma duró diez minutos, ^{[ 2 ]} pero fue detectable durante más de diez horas después de la detección inicial. ^{[ 3 ] [ 4 ]} A pesar de estar a unos 2.400 millones de años luz de distancia, fue lo suficientemente potente como para afectar la atmósfera de la Tierra , teniendo el efecto más fuerte jamás registrado por un estallido de rayos gamma en el planeta. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} La luminosidad máxima de GRB 221009A fue medida por Konus-Wind en ~ 2,1 × 10 ⁴⁷ W y por el Monitor de Estallidos de Rayos Gamma Fermi en ~ 1,0 × 10 ⁴⁷ W durante su intervalo de 1,024 s. ^{[ 9 ]} Se cree que una explosión tan energética y tan cercana a la Tierra como la de 221009A es un evento que ocurre una vez cada 10 000 años. ^{[ 10 ] [ 9 ]} Es la explosión de rayos gamma más brillante y energética jamás registrada, denominada BOAT, o Brightest Of All Time (El más brillante de todos los tiempos) . ^{[ 9 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

GRB 221009A provino de la constelación de Sagitta y ocurrió hace aproximadamente 1900 millones de años, ^{[ 14 ]} sin embargo, su fuente ahora está a 2400 millones de años luz de la Tierra debido a la expansión del universo durante el tiempo de viaje a la Tierra. ^{[ 15 ]} Las emisiones de alta intensidad de la explosión abarcaron 15 órdenes de magnitud en el espectro electromagnético , desde emisiones de radio hasta rayos gamma. Es probable que las señales de radio transmitidas por la disminución del proceso que creó la explosión inicial persistan durante años. ^{[ 16 ]} Esta emisión de banda ancha ofrece la rara oportunidad de estudiar con gran detalle los GRB que normalmente son fugaces. ^{[ 14 ] [ 16 ]}

El estallido saturó el detector del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi , ^{[ 17 ]} que capturó fotones de rayos gamma con energías superiores a 100 GeV. ^{[ 18 ]} GRB 221009A es, con mucho, el evento más productivo de fotones de muy alta energía ( VHE ) jamás observado por instrumentación científica. Antes de GRB 221009A, el número de fotones de muy alta energía detectados en toda la historia de la astronomía de GRB era de tan solo unos pocos cientos. El estallido también marcó la primera vez que se detectaron emisiones de fotones de muy alta energía (VHE) de un GRB durante la época temprana. ^{[ 19 ]} Cuando la radiación del estallido llegó a la Tierra, el Observatorio de Cascadas Atmosféricas de Gran Altitud (LHAASO) por sí solo vio más de 5000 de estos fotones VHE. Algunos de estos fotones llegaron a la Tierra con una energía récord de 18 TeV, ^{[ 20 ] [ 21 ]} que es más de lo que se puede producir en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el Centro Europeo de Investigación Nuclear ( CERN ). ^{[ 22 ] [ 12 ]} La instalación rusa Carpet-2 en el Observatorio de Neutrinos de Baksan también puede haber registrado un solo fotón de 251 TeV de esta explosión. ^{[ 17 ]} Estas energías detectadas son mucho más que GRB 190114C , que tenía hasta 1 TeV de energía, ^{[ 23 ]} y GRB 190829A, que tenía hasta 3,3 TeV de energía, ^{[ 24 ]} siendo 221009A el primer y único GRB hasta ahora en tener fotones por encima de 10 TeV. ^{[ 25 ] [ 26 ]} La explosión posiblemente tuvo la señal de acelerar rayos cósmicos de ultra alta energía por primera vez, ^{[ 27 ] [ 28 ]} con un estudio que estima que si los rayos cósmicos fueron acelerados por la explosión, probablemente habrían alcanzado energías de 1 ZeV o más (10 ²¹ electronvoltios ), ^{[ 29 ]} casi un orden de magnitud más energético que la partícula Oh-My-God , que es el rayo cósmico de mayor energía jamás observado. Es improbable que este evento haya resultado en la formación de elementos más pesados ​​en cantidades significativas a través de la captura rápida de neutrones o proceso r . ^{[ 30 ]}

GRB 221009A fue observado posteriormente por el Neutron Star Interior Composition Explorer (NICER), ^{[ 14 ]} el Monitor of All-sky X-ray Image (MAXI), el Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 8 ]} el International Gamma-ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL), el telescopio espacial XMM-Newton , ^{[ 33 ]} el Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) ^{[ 34 ] [ 35 ]} y muchos otros. ^{[ 22 ] [ 36 ]}

Las observaciones realizadas con el Telescopio Espacial James Webb (JWST) han confirmado que GRB 221009A fue causado por una estrella masiva que experimentó una supernova . ^{[ 30 ]} La supernova fue una supernova de tipo Ic , similar a SN 1998bw , la primera supernova vinculada a un GRB.

Los detectores de rayos en India y Alemania registraron señales de que la ionosfera terrestre fue perturbada durante varias horas por la explosión, aunque solo levemente, ^{[ 37 ] [ 17 ] [ 5 ]} así como una enorme afluencia de partículas cargadas eléctricamente, ^{[ 38 ]} mostrando cuán potente fue. ^{[ 39 ] [ 12 ]} Además, varios estudios han descrito el chorro relativista de esta explosión de rayos gamma como poseedor de una estructura inusual. ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}

Algunos astrónomos se refirieron a la explosión como la "más brillante de todos los tiempos" o por el acrónimo "BOAT". ^{[ 17 ] [ 43 ]} Dan Perley, astrofísico del Instituto de Investigación Astrofísica de la Universidad John Moores de Liverpool , afirmó que "No hay nada en la experiencia humana que se acerque ni remotamente a semejante derroche de energía. Nada". ^{[ 44 ]} Eric Burns, astrónomo de la Universidad Estatal de Luisiana , también afirmó sobre la energía de la explosión que "La energía de esto es tan extrema que si tomaras todo el Sol y lo convirtieras todo en energía pura, aún no igualaría este evento. Simplemente no hay nada comparable". ^{[ 45 ]} El poder de las explosiones de rayos gamma se puede medir por el grado de interacción entre los rayos gamma que emiten y las omnipresentes franjas de polvo interestelar en el espacio profundo. Tales interacciones generan un resplandor posterior en frecuencias de rayos X, que generalmente se ve como anillos concéntricos de rayos X dispersos con la explosión de rayos gamma en el centro. GRB 221009A es solo el séptimo estallido de rayos gamma conocido que ha generado estos anillos, ^{[ 10 ]} y a marzo de 2023, se habían identificado veinte anillos de resplandor de rayos X alrededor del estallido, el triple del récord anterior. ^{[ 46 ] [ 10 ]} El resplandor de GRB 221009A fue el más brillante jamás registrado, superando el récord de GRB 030329. [ ^{47 ] El} estallido también tuvo el resplandor de rayos X más brillante jamás registrado, ^{[ 41 ]} siendo el resplandor de rayos X aproximadamente mil veces más brillante que el de un GRB típico. ^{[ 39 ]} También tuvo el resplandor UVOT más brillante jamás registrado una vez corregido por extinción . ^{[ 47 ]} Tuvo la mayor cantidad de energía jamás registrada en el rango de TeV, ^{[ 48 ]} y tuvo los fotones más energéticos jamás registrados para un GRB, alcanzando un pico de 18 TeV. ^{[ 25 ] [ 20 ]} También se identificó una lluvia de partículas atmosféricas con una energía primaria estimada de 300 TeV, que coincidió con la dirección y el momento del GRB, siendo el evento de mayor energía asociado con un GRB. ^{[ 49 ] [ 50 ]} El estallido fue diez veces más brillante que cualquier GRB anterior detectado por la misión Swift . ^{[ 51]} Fue el GRB más brillante e intenso detectado porKONUS-Wind. ^{[ 2 ]} La emisión inmediata de la explosión superó con creces cualquier cosa anterior, sobrepasando con creces a cuatro poseedores de récords de GRB anteriores, ya que no se había registrado ningún GRB que entregara más de 500 000 fotones de rayos gamma por segundo, sin embargo, este GRB alcanzó un pico de más de 6 millones de fotones por segundo. ^{[ 52 ]} La explosión fue tan brillante que cegó a la mayoría de los instrumentos de rayos gamma en el espacio, impidiendo un registro real de su intensidad. ^{[ 10 ] [ 53 ]} Incluso fue detectado por satélites no diseñados para detectar explosiones de rayos gamma, comoVoyager 1y un par deorbitadores de Marte. ^{[ 8 ]} GRB 221009A podría haber producido rayos gamma de varios TeV durante más de una semana después de la fase inicial, siendo esta característica única de GRB 221009A, ^{[ 54 ]} mucho más tiempo en comparación con otras ráfagas como GRB 180720B, que produjo rayos gamma de varios TeV durante diez horas después de la fase inicial, y GRB 190829A, que produjo rayos gamma de varios TeV durante casi tres días después de la fase inicial. ^{[ 55 ]}

A pesar de estar a unos dos mil millones de años luz de distancia, la explosión fue lo suficientemente potente como para afectar la atmósfera terrestre , teniendo el efecto más fuerte jamás registrado por una explosión de rayos gamma en el planeta. ^{[ 5 ]} Activó instrumentos generalmente reservados para estudiar erupciones solares , y la física solar Laura Hayes de la ESA afirmó que dejó una "huella comparable a la de una gran erupción solar" del Sol cercano , ^{[ 56 ]} lo que significa que la explosión tuvo el mismo efecto que una erupción solar más de 100 billones de veces más cercana, ^{[ 8 ]} siendo la explosión equivalente a una erupción solar de clase C3 a M1 según el aumento de amplitud VLF . ^{[ 5 ]} También es significativo que la explosión fuera detectable en observaciones diurnas, donde predomina la radiación solar , en comparación con la ionosfera nocturna, que es mucho más sensible a las perturbaciones externas, cuando la radiación solar no predomina, lo que muestra la magnitud de la explosión. ^{[ 5 ]} También interrumpió las comunicaciones de radio de onda larga. ^{[ 57 ]}

Con una energía isotrópica radiada de alrededor de 1,2×10 ⁵⁵ erg ^{[ 9 ]} o incluso 3×10 ⁵⁵ erg, ^{[ 58 ]} hasta 1,4×10 ⁵⁷ erg, ^{[ 59 ]} GRB 221009A, junto con eventos como 1,5×10 ⁵³ AT 2021lwx , el evento MS 0735.6+7421 de 10 ⁶¹ erg y la erupción del supercúmulo de Ofiuco de 5×10 ⁶¹ erg , se encuentran entre los eventos más energéticos jamás registrados. Sin embargo, AT 2021lwx ocurrió en un lapso de tres años, mientras que las erupciones fueron eventos de alta energía y baja potencia que ocurrieron durante millones de años en comparación con GRB 221009A, que ocurrió en un período de tiempo minúsculo en comparación. ^{[ 60 ]} En el modelo de hipernova impulsada por binarias , el total isotrópico del estallido es su verdadero total de energía. ^{[ 13 ]} Incluso la energía cinética por sí sola tiene su récord a valores de ∼5 × 10 ⁵³ erg e incluso más altos asumiendo una colimación de acuerdo con el modelo tradicional de sombrero de copa para chorros de GRB , ^{[ 61 ] [ 62 ]} rompiendo los récords anteriores en 10 ⁵² erg. ^{[ 63 ]} El físico y autor Don Lincoln la describió como la "mayor explosión cósmica que la humanidad haya visto jamás". ^{[ 12 ]}

El reanálisis de los datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi reveló, con una significancia de 6,2σ, una línea de emisión 5 minutos después de que se detectara la explosión y después de que se hubiera atenuado lo suficiente como para finalizar los efectos de saturación de los instrumentos. La señal persistió durante al menos 40 segundos y alcanzó un pico con una energía de aproximadamente 12 MeV y una luminosidad de aproximadamente 0,43 × 10⁵⁰ ^erg /s que se ha interpretado como aniquilación electrón-positrón desplazada hacia el azul desde los 0,511 MeV habituales en los que debería ocurrir el caso de baja energía debido a la fuerte energía del chorro relativista que en sí mismo puede parecer un chorro superlumínico . ^{[ 64 ] [ 65 ]}

Mediante la comparación de datos recopilados por diferentes observatorios, los científicos concluyeron que el evento 221009A fue de 50 a 70 veces más brillante que el poseedor del récord anterior, además de ser mucho más energético que el poseedor del récord anterior. ^{[ 36 ] [ 10 ] [ 42 ] [ 11 ]} El pico extremadamente brillante y el largo resplandor posterior pueden ayudar a los físicos a estudiar la manera en que la materia interactúa a velocidades relativistas, el único régimen conocido capaz de generar fotones de rayos gamma con más de 100 GeV de energía. ^{[ 14 ]} GRB 221009A ha permitido a los científicos imponer límites estrictos a cualquier violación de la invariancia de Lorentz propuesta en ciertas teorías de gravedad cuántica . ^{[ 66 ] [ 67 ]} Los estudios de 221009A y eventos extremos similares son actualmente el único acceso de la humanidad a partículas con energías mayores que cualquiera que se pueda generar artificialmente. El examen detallado de 221009A podría eventualmente proporcionar explicaciones físicas que no están ni predichas ni contempladas en el Modelo Estándar . ^{[ 17 ]} Se ha convertido en el estallido de rayos gamma más estudiado de la historia. ^{[ 68 ]}

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  Se realizaron observaciones casi simultáneas de GRB221009A desde Gemini Sur en Chile . La imagen es una combinación de 4 exposiciones en I, J, H, K con dos instrumentos tomadas en la mañana del viernes 14 de octubre de 2022. ^{[ 69 ]}

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  Vídeo a cámara rápida de diez horas de GRB 221009A, visto por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi .
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  Vídeo a cámara rápida a partir de imágenes capturadas durante 12 días por el Telescopio de Rayos X a bordo del Observatorio Swift Neil Gehrels de la NASA . Se aprecian anillos formados por la dispersión de la luz en la Vía Láctea, debido al polvo de la galaxia.
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  Resplandor residual en el infrarrojo cercano y objeto anfitrión observados por la cámara NIRCam del telescopio Webb .
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  Resplandor posterior en el infrarrojo cercano y galaxia anfitriona. El segundo estallido de rayos gamma más brillante, GRB 230307A, fotografiado por el telescopio Webb, se muestra a modo de comparación.
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  Las imágenes del XMM-Newton registraron 20 anillos de polvo, 19 de los cuales se muestran aquí en colores arbitrarios. Esta imagen compuesta combina observaciones realizadas dos y cinco días después de la erupción del GRB 221009A. Las franjas oscuras indican espacios entre los detectores.

• Lista de estallidos de rayos gamma
• Astronomía de rayos gamma
• AT 2021lwx
• GRB 160625B
• GRB 130427A
• GRB 230307A , segundo estallido de rayos gamma más brillante por fluencia de rayos gamma con 3×10 ⁻⁴ erg cm ⁻²
• GRB 080916C , el segundo estallido de rayos gamma más potente con 8,8 × ^10⁵⁴ erg

• "Colección: Enfoque en el estallido de rayos gamma ultraluminoso GRB 221009A" . iopscience.iop.org .