Explosiones de rayos gamma

María Marina Kaufman Bernadó, Diego F. Torres y Gustavo E. Romero
Departamento de Física de la Universidad de Buenos Aires (UBA),
Grupo de Astrofísica Relativista y Radioastronomía (GARRA) del Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR)

Los rayos gamma son la forma más energética de la radiación electromagnética. Cuando tienen un origen cósmico, solo pueden ser detectados en forma directa desde el espacio exterior, ya que son absorbidos en las capas superiores de la atmósfera. Uno de los fenómenos más enigmáticos de la astronomía moderna se ha detectado en esta región del espectro electromagnético y es conocido como “explosiones de rayos gamma”, o, en su nomenclatura inglesa, como gamma ray bursts (GRBs). ¿Qué son estas explosiones que pueden llegar a opacar, durante breves segundos, a toda otra fuente del universo? ¿A qué distancia ocurren? ¿Cómo se producen? ¿Qué experimentos se han diseñado para detectarlas y medirlas? ¿Pueden haber tenido alguna influencia sobre la vida en la Tierra tal como la conocemos?

Reseña histórica: los 20 primeros años

El descubrimiento de las Explosiones de Rayos Gamma (ERGs) (Gamma-Ray Bursts o GRBs) a fines de la década de 1960, planteó un enigma para la astrofísica de altas energías que luego de 30 años no está aún completamente resuelto. Estas explosiones liberan cantidades fantásticas de energía en tiempos muy cortos, llegando a alcanzar unos 1053erg/s (véase el recuadro “Sobre las unidades de medida de energía y el espectro electromagnético”), esto es, en un segundo pueden producir una energía 100 veces mayor que la que liberaría el Sol en sus 10 mil millones de años de vida.

La primera ERG fue detectada el 2 de julio de 1967 por el satélite Vela 4, enviado al espacio con la misión de identificar posibles pruebas soviéticas ilegales con armamentos nucleares. Se detectaron explosiones, efectivamente, pero lo que por algún tiempo no pudo saberse era si las mismas eran provocadas por detonaciones atómicas o por fenómenos puramente naturales. La falta de detectores que pudiesen proveer información confiable acerca de las direcciones desde las cuales llegaban los rayos gamma, impidió revelar el origen “extraterrestre” de los mismos por algunos años. En el año 1973 apareció la primera publicación científica (por Klebesadel, Strong y Olson, de la universidad de California, en los Estados Unidos) reportando la detección de 16 explosiones cortas compuestas de fotones (cuantos de radiación electromagnética de la cual los rayos gamma son una fracción) con energías en el rango de los 0,2 a 1,5MeV, y duraciones de entre 0,1 y 30s. Desde entonces, muchos satélites han observado ERGs (véase el recuadro “Breve historia de la astronomía gamma”). Sin embargo, la respuesta a la pregunta acerca del origen de estas extrañas explosiones siguió pendiente por mucho tiempo, durante el cual las interpretaciones más extrañas proliferaron en el ámbito científico. En el primer artículo de revisión, aparecido en 1975, se describían 21 modelos teóricos que trataban de explicar el origen del fenómeno. Hoy, a más de 30 años desde su descubrimiento, unas 2500 publicaciones aproximadamente han sido escritas sobre este tema, y más de 100 modelos teóricos han sido esbozados.