El misterio de los rayos gamma en el espacio
( Publicado en Revista Creces, Septiembre 1998 )

La atmósfera de la tierra sólo deja pasar parte del espectro electromagnético, que reflejan los distintos elementos del espacio: el rango del "espectro visible", pero los mismos objetos espaciales reflejan también ondas cortas y largas, que sólo las podemos detectar por instrumentos colocados en el espacio. Entre esas ondas están los llamados rayos gamma, que apareciendo constantemente en destellos, constituyen hoy uno de los grandes misterios del universo.

El espectro electromagnético de ondas que irradian los objetos en Universo, cubren todo el rango de los diferentes tipos de longitudes de ondas. Sin embargo, nuestro sentido de la vista puede sólo percibir aquellas radiaciones que pertenecen a lo que hemos llamado el rango "del espectro visible". Es decir la luz que nuestros ojos ven, es lo que corresponde a los colores del espectro visible, que además son precisamente las únicas radiaciones que pueden atravesar la atmósfera de la Tierra.

Sin embargo, si el ser humano no puede detectarlos por sus sentidos, ha sido capaz de fabricar diversos instrumentos que si los pueden detectar. Pero para lograrlo ha tenido que colocar dichos instrumentos en el espacio, más allá de la atmósfera de la Tierra, ya que esta deja pasar sólo las ondas correspondientes al espacio visible (Los telescopios espaciales). Es así como el misterio ha comenzado a disiparse, cuando por primera vez pudieron colocar esos instrumentos en satélites que eran capaces de transmitir a la Tierra lo que ellos estaban detectando. Estas ondas al recibirse en la Tierra, se pueden transformar en hermosas imágenes de colores falsos, que ahora sí nuestros ojos la pueden apreciar. Con ello estamos logrando conocer otra realidad del Universo.

En la actualidad están orbitando sobre la Tierra toda clase de instrumentos, que prácticamente cubren toda la gama de radiaciones. Así esta nueva visión del Universo comenzó en el año 1961, cuando fue lanzado el primer satélite que podía detectar rayos gamma.

En la actualidad están orbitando sobre la Tierra toda clase de instrumentos, que prácticamente cubren toda la gama de radiaciones. Así esta nueva visión del Universo comenzó en el año 1961, cuando fue lanzado el primer satélite que podía detectar radiaciones de onda corta, como las ultravioletas, los rayos X, los rayos gamma y rayos cósmicos. Por otra parte, también se están detectando radiaciones de ondas electromagnéticas largas, como los rayos infrarrojos, las bandas de rayos submilimétricas y las milimétrricas (microooondas). Ahora si que se puede afirmar que estamos viendo toda la variedad del Universo, completando nuestra capacidad visual con imágenes falsas derivadas de lo que ven los satélites en otras longitudes de ondas.


El misterio de los rayos gamma

Una de las grandes incógnitas de la astronomía moderna, es precisamente la existencia de los rayos gamma, que nos llegan como destellos provenientes de todas partes. Pero no sabemos con claridad si su fuente de origen está en nuestra propia galaxia o parten desde grandes distancias en los limites del Universo. Esta incógnita sólo se ha comenzado a aclarar muy recientemente. Es así como el 28 de Febrero de 1997 , el satélite italiano-holandés BeppoSAX, pudo en forma más precisa de lo que se había logrado hasta entonces, percibir destellos de rayos gamma, sin saber de donde provenían. Pero para averiguarlo se alertó a astrónomos en La Palma, que con la referencia y por medio de un telescopio de luz pudieron ubicar un punto de luz cerca de una débil nebulosa, que podría ser el emisor de esos destellos. Más tarde, en Mayo, otro destello también se detectó y también se ubicó un punto luminoso por medio del telescopio Keck en Hawaii. Con estas informaciones se concluyó que los rayos gamma venían desde enormes distancias, en los límites del Universo y que constituían el fenómeno energético más grande que se había podido detectar. Surgió entonces la hipótesis de que los rayos gamma estaban relacionados con la muerte de estrellas masivas, y que eran originados por esos objetos muy distantes, más allá de nuestra galaxia.


Un poco de historia

Los rayos gamma no tienen mucha importancia para nosotros, ya que ellos no penetran la atmósfera de la Tierra, por eso no se hicieron evidentes hasta cuando comenzó la época de los satélites. Por primera vez entonces durante la Guerra Fría, se lanzó al espacio un detector de rayos gamma, en un esfuerzo para espiar a través de ellos, las explosiones de armas nucleares, con el objeto de controlar el cumplimiento del tratado que prohibía las explosiones atómicas. En la década del 60 los investigadores comenzaron a sospechar que además estaban viendo destellos de rayos gamma que provenían del Universo, lo que fue confirmado más tarde en el año 1973. En aquella época también los soviéticos en Leningrado comenzaron a constatar igual fenómeno. Desde entonces se han podido comprobar 2.000 de estos destellos, lo que da un promedio de uno por día. Se han denominado Estallidos de Rayos Gamma o su versión en inglés: Gamma -Ray Burst (GRBs).

Los GRB se presentan en muy diversas modalidades, algunos duran unos pocos milisegundos, mientras otros duran 1000 segundos; algunos tienen un comportamiento muy suave, mientras otros tienen una curva de estallido de luz.

En un comienzo se pensó que provenían de las cercanías de nuestra galaxia. Pero más tarde se desechó esta hipótesis al comprobarse que ellos provenían hasta de los limites del Universo, ya que al hacerse un mapa de la ubicación de todos ellos, se pudo comprobar que provenían de todas las direcciones (fig. 1) y no sólo de la línea de nuestra galaxia.

Más recientemente se ha estado realizando una verdadera labor detectivesca, tratando de correlacionar los destellos que ve el satélite de rayos gamma, con lo que se puede observar en el mismo lugar con el telescopio de luz. En este sentido un nuevo avance técnico se logró al montar en el mismo satélite italiano-holandés BeppoSAX, cámaras que teniendo una muy amplia visión, aún la imagen captada era clara. De este modo, cuando se detectaba un GRB, al mismo tiempo podía lograrse localizarlo con precisión. Luego, el 28 de Febrero de 1997 BeppoSAX escribió en la historia: tomó una fotografía mientras se detectaba simultáneamente el GRB. Al mismo tiempo, funcionaba un telescopio sensible a los rayos X, observando un rápido apagamiento de los rayos X. Veintiuna horas más tarde, el telescopio británico-holandés en La Palma captó la imagen de la explosión. Posteriormente cuando las imágenes se compararon, se pudo ubicar la zona, y al tomar luego, "después del estallido" otra imagen óptica, se observó que el fulgor se había apagado (fig. 2).

El mismo experimento se repitió en Mayo 8. En este caso del destello "después del estallido" se mantuvo brillante por más tiempo, lo que permitió también captar el espectro con el telescopio Keck de 10 metros en Hawaii. Así se reveló que el material absorbente estaba constituido por magnesio y hierro. Con ello (de acuerdo al red-shift, que se usa para calcular la distancia de un objeto ( en el Universo), se pudo así calcular la distancia que correspondía a 7 mil millones de años luz, es decir mucho más allá de nuestra galaxia, más cerca del límite del Universo.

Fuegos artificiales del universo

Las implicaciones consecutivas a las determinaciones de estos GRBs, pesquisables a tan grandes distancias son asombrosas. Algo que puede brillar tanto y a tan grande distancia, sin duda son los objetos más luminosos del Universo. Los cálculos señalaban que en los escasos 10 segundos de gloria que dura el destello, se gasta quizás cien veces más energía que lo que nuestro sol gastaría a lo largo de su vida de 10 billones de años luz. Aún los más poderosos quásares, son 1000 veces menos luminosos. ¿En qué consiste entonces este fenómeno que puede liberar tal cantidad de energía en tan corto tiempo?. Como muchos fenómenos de la astrofísica, la respuesta sólo puede estar dentro de las reglas de la gravedad.

Para elaborar una hipótesis es necesario analizar la historia de la vida de una estrella. En ella hay una continua batalla entre la gravedad por un lado, que trata de concentrar la estrella dentro de si misma, y el gas de su interior por otro, que fuerza a expandiría. Normalmente estas dos fuerzas están en equilibrio. Pero paulatinamente la estrella pierde energía que entrega en forma de luz y calor. En este proceso, la estrella reemplaza la pérdida de calor que se va produciendo, con la génesis de nueva energía en un proceso de fusión nuclear, que se produce en su núcleo central denso. Con ello, en este núcleo se va pasando de elementos más livianos a elementos más pesados. Pero el reservorio de combustible es finito y ello lleva eventualmente a que se pierda el equilibrio de los gases contra la fuerza de gravedad.

Una estrella como nuestro sol, demora 10 billones de años en terminar con su combustible (en la actualidad ya vamos a medio camino). Al final el material de su núcleo se ha convertido todo en hierro, el elemento más estable, a partir del cual ya no se puede continuar con el proceso de fusión. Entonces se acaba la presión y el núcleo, que es tan masivo como el sol, se colapsa en segundos, por su propio peso El colapso sólo se detiene cuando los núcleos individuales se aprietan hasta llegar a una densidad de 10 elevado a 14 veces, en relación a la densidad de la substancia normal. De ello resulta una estrella de neutrones. En estas circunstancias todavía contienen tanta substancia como nuestro sol, pero con un diámetro de sólo 20 kilómetros (una cucharadita llena de esta estrella de neutrones, pesa como una montaña). Este colapso crea un gran potencial gravitacional y el material que cae dentro libera suficiente energía como para lanzar al espacio toda la cobertura externa original de la estrella, a una velocidad de 10.000 kilómetros por segundo. Este hecho se ha llamado "supernova", y hace aparecer a la estrella que explota más brillante que toda la galaxia. La brillantez dura aproximadamente diez días. Más tarde y después de muchos años, la envoltura de la estrella que explota vuelve a condensarse, ya que choca contra el gas interestelar.


Donde entra el GRB

En el hecho, la energía liberada por una supernova ordinaria, es lo que se necesitaría para que se genere un GRB, pero el estallido de la supernova en la práctica ocurre por un tiempo mayor de 10 segundos, y ello se debe a que la pesada envoltura de la estrella actúa como un "absorbedor del shock" producido por la explosión caliente inicial, continuando después la liberación de energía por un tiempo mayor. Por ello, para que se produzca el GRB, que dura sólo algunos segundos, se necesitaría un tipo especial de supernova, en que se pueda ver el estallido inicial no mitigado por la absorción del shock que normalmente produce la envoltura pesada de la estrella. En que circunstancia esto podría ocurrir, aún es especulativo.

Podría haber algunos tipos especiales de supernovas en que la estrella antes del colapso rote muy rápidamente, lo cual produciría un verdadero canal a lo largo del eje de rotación, y por allí la energía de la explosión podría escapar limpiamente, pudiendo así apreciarse el GRB por unos segundos (fig 2).

Si bien es cierto que la teoría parece atractiva para muchos astrónomos, no todos están de acuerdo. Desde luego Ralph Wijers de la Universidad del Estado de Nueva York, afirma que no le queda claro la conexión entre las supernovas y el GRS. Por otra parte, Wosley y Bohdan Paczynski de la Universidad de Princeton tienen otra hipótesis y atribuyen los GRB a un colapso de una estrella muy masiva dentro de un hoyo negro, lo que ellos llaman una "hypernova" (Science, Vol. 280, Junio 19,1998, pág. 1836). En todo caso parece evidente que recién comenzamos a entender el significado y origen de estos rayos gamma, por lo que es necesario esperar nuevas investigaciones.*


(Información tomada del libro de Ralph Wijers, del Instituto de Astronomía de Cambridge y publicado en Science Spectra. Issue 13, 1998).


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