Cómo funcionan las explosiones de rayos gamma: las mayores detonaciones del universo

En unos pocos segundos cegadores, una explosión de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés) puede liberar más energía de la que el Sol producirá en sus diez mil millones de años de vida. Estos destellos cataclísmicos de radiación de alta energía son las explosiones más potentes del universo conocido — aproximadamente un millón de billones de veces más brillantes que el Sol — y ocurren en algún lugar del cosmos casi todos los días.

Un descubrimiento accidental

Las explosiones de rayos gamma se descubrieron de forma totalmente accidental. En 1967, los satélites Vela de Estados Unidos — diseñados para monitorizar el cumplimiento por parte de la Unión Soviética del Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares — detectaron misteriosos destellos de radiación gamma que no coincidían con ninguna firma de armas nucleares. Tras años de cuidadoso análisis, los astrofísicos Ray Klebesadel, Ian Strong y Roy Olson publicaron el descubrimiento en 1973, dando inicio a una de las historias de detectives más largas de la astronomía moderna.

Durante décadas, los científicos no pudieron precisar de dónde provenían las GRB ni qué las causaba. El avance decisivo llegó en febrero de 1997, cuando el satélite italo-holandés BeppoSAX detectó una explosión y, por primera vez, capturó su resplandor posterior de rayos X (afterglow) a medida que se desvanecía. Ese resplandor permitió a los astrónomos rastrear la explosión hasta una galaxia distante, demostrando que las GRB se originan a miles de millones de años luz de distancia y, por lo tanto, deben ser increíblemente potentes.

Dos tipos de furia cósmica

Los astrónomos clasifican las explosiones de rayos gamma en dos categorías amplias según su duración.

Las explosiones de larga duración duran más de dos segundos — a veces minutos — y se producen cuando el núcleo de una estrella masiva, al menos veinticinco veces la masa del Sol, se queda sin combustible nuclear y colapsa en un agujero negro. El agujero negro recién nacido lanza dos estrechos chorros de partículas a casi la velocidad de la luz, que atraviesan la estrella moribunda e irradian intensos rayos gamma al espacio. Los astrónomos llaman a este mecanismo el modelo de colapsar, y casi todas las GRB largas bien estudiadas se han relacionado con una galaxia con rápida formación estelar y, en muchos casos, con una supernova.

Las explosiones de corta duración duran menos de dos segundos y surgen de un escenario muy diferente: la colisión de dos estrellas de neutrones, o de una estrella de neutrones y un agujero negro. Estos remanentes ultradensos giran en espiral durante millones de años, liberando energía en forma de ondas gravitacionales, hasta que las fuerzas de marea los desgarran y se fusionan en un único agujero negro. La fusión dispara chorros breves y potentes que producen el destello de rayos gamma.

Las ondas gravitacionales sellan el caso

Durante años, la teoría de la fusión de estrellas de neutrones para las GRB cortas fue exactamente eso: una teoría. Entonces, el 17 de agosto de 2017, los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo captaron una señal llamada GW170817: la inconfundible ondulación en el espacio-tiempo de dos estrellas de neutrones en colisión. Apenas 1,7 segundos después, el satélite Fermi de la NASA detectó una explosión corta de rayos gamma desde la misma zona del cielo. Fue la primera vez que se observó una GRB junto con ondas gravitacionales, y confirmó el origen de la fusión sin lugar a dudas.

Ese mismo evento produjo una kilonova — un resplandor radiactivo de elementos pesados recién forjados. Los astrónomos confirmaron que las fusiones de estrellas de neutrones crean gran parte del oro, el platino y otros metales pesados del universo, resolviendo un misterio de décadas sobre el origen de estos elementos.

Cómo las detectan los científicos

La atmósfera terrestre bloquea los rayos gamma, por lo que las GRB solo pueden detectarse desde el espacio. El Observatorio Swift de la NASA, lanzado en 2004, lleva un detector de rayos gamma sensible y telescopios de rayos X y ópticos a bordo que giran automáticamente hacia cada nueva explosión en cuestión de segundos, capturando el resplandor posterior antes de que se desvanezca. El Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, lanzado en 2008, detecta varios cientos de explosiones al año con su Monitor de Explosiones de Rayos Gamma. Juntas, estas misiones han catalogado miles de GRB y continúan encontrando eventos que desafían los modelos existentes.

¿Podría una GRB amenazar la Tierra?

La respuesta corta: casi con toda seguridad no en un plazo de tiempo previsible. La energía mortal de una GRB se concentra en haces estrechos, y no hay estrellas a menos de doscientos años luz del Sol que sean candidatas a producir una. En el peor de los casos, una explosión cercana dirigida directamente a la Tierra podría dañar la capa de ozono, exponiendo la superficie a la dañina radiación ultravioleta — y algunos científicos han especulado que esto podría haber contribuido a extinciones masivas en el pasado profundo de la Tierra. Pero estadísticamente, una explosión tan potente como la GRB 221009A, que batió récords, golpea la Tierra solo una vez cada diez mil años aproximadamente.

Por qué son importantes

Las explosiones de rayos gamma son más que espectaculares espectáculos de luz. Debido a que son visibles a enormes distancias, sirven como faros cósmicos que iluminan la química y la estructura del universo primitivo. Revelan cómo mueren las estrellas masivas, cómo se forjan los elementos pesados y cómo el propio espacio-tiempo se curva en condiciones extremas. Cada nueva detección — especialmente aquellas que rompen las reglas establecidas — acerca a los físicos a la comprensión de los procesos más violentos de la naturaleza.