GRB 970228

GRB 970228 ^{[ 2 ]} fue el primer estallido de rayos gamma (GRB) para el cual se observó un resplandor posterior . ^{[ 3 ]} Fue detectado el 28 de febrero de 1997 a las 02:58 UTC . Desde 1993, los físicos habían predicho que los GRB serían seguidos por un resplandor posterior de menor energía (en longitudes de onda tales como ondas de radio , rayos X e incluso luz visible ), pero hasta este evento, los GRB solo se habían observado en estallidos altamente luminosos de rayos gamma de alta energía (la forma más energética de radiación electromagnética ); esto resultó en grandes incertidumbres posicionales que dejaron su naturaleza muy poco clara.

El estallido tuvo múltiples picos en su curva de luz y duró aproximadamente 80  segundos. Las peculiaridades en la curva de luz de GRB 970228 sugirieron que también pudo haber ocurrido una supernova . La posición del estallido 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 proporcionó evidencia temprana de que los GRB ocurren mucho más allá de la Vía Láctea ; esto se demostró de manera decisiva dos meses después con un estallido posterior, GRB 970508 .   

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. ^{[ 5 ]}

GRB 970228 ^{[ 2 ]} fue detectado el 28 de febrero de 1997 a las 02:58 UTC por el Monitor de Estallidos de Rayos Gamma (GRBM) y una de las Cámaras de Campo Amplio (WFC) a bordo de BeppoSAX , ^{[ 6 ] [ 7 ]} un satélite italo-holandés diseñado originalmente para estudiar rayos X. ^{[ 8 ]} El estallido 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 solo uno. Una posible explicación es que los múltiples picos se forman cuando la fuente del estallido de rayos gamma experimenta precesión . ^{[ 10 ]} En unas pocas horas, el equipo de BeppoSAX utilizó la detección de rayos X para determinar la posición del estallido con una caja 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 ráfaga 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 que se desvanecía, ubicada en una ascensión recta de 05 ^h 01 ^m 46,7 ^s y una declinación de +11 ° 46 ′ 53,0 ″ , lo que proporcionó la primera localización con precisión de segundo de arco de cualquier estallido de rayos gamma. ^{[ 1 ]}  

Imágenes posteriores, tras el desvanecimiento de la fuente puntual, revelaron una galaxia tenue en casi la misma posición, la presunta galaxia anfitriona del estallido; una coincidencia de posición casual era improbable pero posible, por lo que el origen cosmológico de los GRB no fue concluyente hasta las observaciones de GRB 970508 unos dos meses después.

En 1993, Bohdan Paczyński y James E. Rhoads publicaron un artículo en el que argumentaban que, independientemente del tipo de explosión que causara los GRB, la energía extrema de estos implicaba que la materia del cuerpo anfitrión debía ser expulsada a velocidades relativistas durante la explosión. Predijeron que la interacción entre la materia expulsada y la materia interestelar crearía un frente de choque . Si este frente de choque se produjera en un campo magnético, los electrones acelerados en él emitirían radiación sincrotrón de larga duración en las radiofrecuencias , un fenómeno que más tarde se denominaría resplandor radioeléctrico posterior. ^{[ 12 ]} Jonathan Katz concluyó posteriormente que esta emisión de menor energía no se limitaría a las ondas de radio, sino que abarcaría frecuencias desde las ondas de radio hasta los rayos X , incluyendo la luz visible . ^{[ 13 ]}

Los instrumentos de campo estrecho a bordo de BeppoSAX comenzaron a realizar observaciones de la posición del GRB 970228 dentro de las ocho horas posteriores a su detección. ^{[ 9 ]} Se detectó una fuente transitoria de rayos X que se desvaneció con una pendiente de ley de potencias en los días posteriores a la explosión. Este resplandor de rayos X fue el primer resplandor posterior de GRB jamás detectado. ^{[ 7 ]} Desde entonces, se ha reconocido que las desintegraciones de ley de potencias son una característica común en los resplandores posteriores de GRB, aunque la mayoría de los resplandores posteriores se desintegran a diferentes tasas durante diferentes fases de su vida útil. ^{[ 14 ]}

Se tomaron imágenes ópticas de la posición de GRB 970228 el 1 y el 8 de marzo usando el Telescopio William Herschel y el Telescopio Isaac Newton . La comparación de las imágenes reveló un objeto que había disminuido en luminosidad tanto en luz visible como en luz infrarroja . ^{[ 1 ]} Este era el resplandor óptico posterior de la explosión. Observaciones de seguimiento más profundas usando el Telescopio de Nueva Tecnología mostraron que el resplandor posterior coincidía con una galaxia pequeña y distante: la primera evidencia de la naturaleza extragaláctica y cosmológica de las explosiones de rayos gamma. ^{[ 15 ] [ 16 ]} Después de que las explosiones 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 posterior predicho nunca se detectó para esta explosión. ^{[ 17 ]} En el momento del descubrimiento de esta explosión, se creía que las GRB emitían radiación isotrópicamente . Los resplandores posteriores 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 Ámsterdam 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 del estallido y descubrió que su luminosidad decaía a diferentes ritmos en diferentes momentos. La luminosidad decaía 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 el propio estallido, mientras que la curva de luz posterior fue producida por la supernova de tipo Ic subyacente . ^{[ 21 ]} Reichart observó que el resplandor posterior tardío era más rojo que el resplandor posterior temprano, una observación que entraba en conflicto con el modelo de bola de fuego relativista preferido entonces para el mecanismo de emisión del estallido 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 involucraba 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 solo pudo haber sido causada por una supernova. ^{[ 23 ]} Finalmente se encontró evidencia definitiva que vincula los estallidos de rayos gamma con las supernovas en el espectro de GRB 020813 ^{[ 24 ]} y el resplandor posterior de GRB 030329. ^{[ 25 ]} Sin embargo, las características similares a las de una supernova solo se hacen evidentes en las semanas posteriores a un estallido, lo que deja abierta la posibilidad de que las variaciones de luminosidad muy tempranas 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 Telescopio de Nueva Tecnología . Descubrió una tenue mancha nebulosa en la posición del estallido, casi con toda seguridad una galaxia distante. Aunque existía una remota posibilidad de que el estallido y esta galaxia no estuvieran relacionados, su coincidencia posicional proporcionó una fuerte evidencia de que los GRB ocurren en galaxias distantes y no dentro de la Vía Láctea . ^{[ 27 ]} Esta conclusión fue posteriormente respaldada por observaciones de GRB 970508 , el primer estallido cuyo corrimiento al rojo se determinó. ^{[ 28 ]}

La posición del resplandor posterior a la explosión estaba notablemente desplazada del centroide de la galaxia anfitriona, lo que descartó 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 años luz  . ^{[ 4 ]} A esta distancia, la explosión habría liberado un total de5,2 × 10 ⁴⁴ J  suponiendo emisión isotrópica . ^{[ 29 ]}

• Estallido de rayos gamma 970228
• Observaciones de seguimiento de BeppoSAX de la región del estallido de rayos gamma GRB 970228. Archivado el 3 de marzo de 2011 en Wayback Machine.