GRB 970508 fue un estallido de rayos gamma (GRB) detectado el 8 de mayo de 1997 a las 21:42 UTC ; es históricamente importante como el segundo GRB (después del GRB 970228 ) con un resplandor residual detectado en otras longitudes de onda, el primero en tener una medición directa del corrimiento al rojo del resplandor crepuscular y el primero en ser detectado en longitudes de onda de radio.
Tipo de evento | Explosión de rayos gamma |
---|---|
Fecha | 21:24 UTC del 8 de mayo de 1997 |
Constelación | Camelopardalis |
Ascensión recta | 06 h 53 min 49 seg [1] |
Declinación | + 79 ° 16 ′ 19,6 ″ [1] |
Distancia | 6,000,000,000 ly (1.8 × 10 9 pc) |
Redshift | 0,835 ≤ z ≤ 2,3 |
Magnitud aparente máxima | 19,6 |
Salida de energía total | 5 × 10 50 ergio (5 × 10 43 J ) |
Otras designaciones | GRB 970508 |
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Un estallido de rayos gamma es un destello muy 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 de un "resplandor" de mayor duración emitido en longitudes de onda más largas ( rayos X , ultravioleta , óptica , infrarrojos y radio ).
GRB 970508 fue detectado por el Gamma Ray Burst Monitor en el satélite de astronomía de rayos X italiano-holandés BeppoSAX . El astrónomo Mark Metzger determinó que 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 encuentran los GRB. Algunos apoyaron la idea de que los GRB ocurren dentro de la Vía Láctea , pero son visiblemente débiles porque no tienen mucha energía. Otros concluyeron que los GRB ocurren 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 colocó inequívocamente la fuente de GRB fuera de la Vía Láctea , terminando efectivamente el debate.
GRB 970508 también fue la primera ráfaga con un resplandor de radiofrecuencia observado . Al analizar la fuerza 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 una fuerte evidencia de que los GRB son explosiones de expansión relativista .
Descubrimiento
Un estallido de rayos gamma (GRB) es un destello muy luminoso de rayos gamma , la forma más enérgica 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 a menudo es seguido por un "resplandor" de mayor duración emitido en longitudes de onda más largas ( rayos X , ultravioleta , óptica , infrarroja 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 originalmente diseñado 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 detectado por Ulysses , una sonda espacial robótica diseñada para estudiar el Sol , [7] y por el Experimento de Fuente Transitoria y Explosión (BATSE) a bordo del Observatorio de Rayos Gamma de Compton . [8] La explosión también se produjo dentro del campo de visión de una de las dos cámaras de campo amplio de rayos X de BeppoSAX . En unas pocas horas, el equipo de BeppoSAX localizó la ráfaga en un cuadro de error, un área pequeña alrededor de la posición específica para dar cuenta del error en la posición, con un diámetro de aproximadamente 10 minutos de arco . [6]
Observaciones
Después de que se ha determinado una posición aproximada de la ráfaga, Enrico Costa del equipo de BeppoSAX en contacto con el astrónomo Dale Frail en el Radio Observatorio Nacional 's arsenal muy grande . Frail comenzó a hacer observaciones a una longitud de onda de 20 centímetros a la 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 inmediatamente comparó sus imágenes de la región con imágenes más antiguas del Digital 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 objetos que hubieran disminuido en luminosidad entre el 8 y el 9 de mayo. [10] Metzger notó un objeto que había aumentado en luminosidad, pero asumió que era una estrella variable en lugar de la estrella. Resplandor crepuscular de GRB. Titus Galama y Paul Groot , miembros de un equipo de investigación en Amsterdam 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 de la explosión, 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 equipo de Amsterdam dudaban en publicar conclusiones sobre el objeto variable. El 10 de mayo, Howard Bond, del Instituto de Ciencias del Telescopio Espacial, publicó su descubrimiento, [11] que más tarde se confirmó que era el resplandor óptico de la explosión. [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 de la explosión había sido absorbido por la 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 igual de lejos. [12] [17] La ausencia de características del bosque Lyman-alfa en los espectros restringió el corrimiento al rojo a z ≤ 2.3, [14] [15] mientras que una investigación adicional 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 a 7,100 Å (430 a 710 nm ) y 3500 a 8 000 Å (350 a 800 nm), pero no se identificaron líneas de emisión. [20]
El 13 de mayo, cinco días después de la primera detección de GRB 970508, Frail reanudó sus observaciones con Very Large Array. [21] Hizo observaciones de la posición de la ráfaga a una longitud de onda de 3,5 cm e inmediatamente detectó una fuerte señal. [21] Después de 24 horas, la señal de 3,5 cm se volvió 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 a otro, pero aumentaba en promedio. Las fluctuaciones no ocurrieron simultáneamente a lo largo de todas las longitudes de onda observadas, lo que Jeremy Goodman, de la Universidad de Princeton, explicó como el resultado de que las ondas de radio fueron dobladas por el plasma interestelar en la Vía Láctea. [22] [24] Tales centelleos de radio (variaciones rápidas en la luminosidad de radio de un objeto) ocurren solo cuando la fuente tiene un diámetro aparente de menos de 3 microarcsegundos. [24]
Caracteristicas
El monitor de ráfagas de rayos gamma de BeppoSAX, que funciona 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 (2-26 keV) registró una fluencia de (0,7 ± 0,1) × 10 -6 erg / cm 2 (0,7 ± 0,1 nJ / m 2 ). [25] BATSE (20–1000 keV) registró una fluencia de (3,1 ± 0,2) × 10 −6 erg / cm 2 (3,1 ± 0,2 nJ / m 2 ). [8]
Aproximadamente 5 horas después del estallido, la magnitud aparente del objeto, una medida logarítmica de su brillo con un número más alto que indica un objeto más débil, fue de 20,3 ± 0,3 en la banda U (la región ultravioleta del espectro) y 21,2 ± 0,1 en la banda R (la región roja del espectro). [20] El resplandor alcanzó su luminosidad máxima en ambas bandas aproximadamente 2 días después de que se detectó 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 el 10 de mayo [20]
James E. Rhoads, astrónomo del Observatorio Nacional de Kitt Peak , analizó el estallido y determinó que no estaba muy iluminado . [26] Un análisis adicional realizado por Frail y sus colegas indicó que la energía total liberada por la explosión fue de aproximadamente 5 × 10 50 ergios (5 × 10 43 J), y Rhoads determinó que la energía total de rayos gamma era aproximadamente 3 × 10 50 ergio (3 × 10 43 J). [27] Esto implicaba que los rayos gamma y la energía cinética de la eyección del estallido eran comparables, descartando efectivamente aquellos modelos GRB que son relativamente ineficientes en la producción de rayos gamma. [27]
Escala de distancia y modelo de emisión
Antes de este estallido, los astrónomos no habían llegado a un consenso sobre la distancia a la que se encuentran los GRB de la Tierra. Aunque la distribución isotrópica de las ráfagas sugirió que no ocurren dentro del disco de la Vía Láctea , algunos astrónomos apoyaron la idea de que ocurren dentro del halo de la Vía Láctea , concluyendo que las ráfagas son visiblemente débiles porque no son muy energéticas. 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 de energía total de la ráfaga apoyaron inequívocamente esta última teoría, terminando efectivamente el debate. [28]
A lo largo del mes de mayo, los centelleos de la radio se hicieron menos notorios hasta que cesaron por completo. Esto implica que la fuente de radio se expandió significativamente en el tiempo transcurrido desde que se detectó la ráfaga. Usando 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 apoyar tal modelo. [30] [31]
Galaxia anfitriona
El resplandor de GRB 970508 alcanzó un pico de luminosidad total 19,82 días después de que se detectó el estallido. Luego se desvaneció con una pendiente de la ley de potencia durante aproximadamente 100 días. [32] El resplandor crepuscular finalmente desapareció, revelando al anfitrión del estallido, una galaxia enana de formación estelar activa con una magnitud aparente de V = 25,4 ± 0,15. [32] [33] La galaxia estaba bien ajustada por un disco exponencial con una elipticidad de 0,70 ± 0,07. [32] El desplazamiento al rojo del resplandor óptico de GRB 970508, z = 0,835, coincidió con el desplazamiento 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]
Notas
- ↑ a b Djorgovski, 1997
- ^ Schilling 2002 , págs. 12-16
- ^ Costa 1997
- ^ Schilling 2002 , págs. 58-60
- ^ Pedersen 1997
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- ^ Pian 1998
- ↑ a b Kouveliotou, 1997
- ↑ a b Schilling , 2002 , págs. 116-117.
- ↑ a b c Schilling , 2002 , págs. 118–120.
- ^ Bono 1997
- ↑ a b Schilling , 2002 , págs. 121-123.
- ^ Varendoff 2001 , p. 383
- ^ a b Metzger 1997a
- ^ a b Metzger 1997b
- ^ Katz , 2002 , p. 148
- ^ Katz , 2002 , p. 149
- ^ Schilling 2002 , p. 120
- ^ Reichart 1998
- ^ a b c Castro-Tirado 1998
- ↑ a b c d Schilling , 2002 , p. 124
- ↑ a b Katz , 2002 , p. 147
- ^ NRAO 1997
- ↑ a b Schilling , 2002 , p. 125
- ^ Galama 1998
- ^ Rhoads 1999
- ↑ a b Paczyński , 1999 , p. 2
- ^ Schilling 2002 , p. 123
- ^ Waxman 1998
- ^ Schilling 2002 , p. 126
- ^ Piran 1999 , p. 23
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Referencias
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