El astrofísico Remo Ruffini del Centro Internacional de la Red de Astrofísica Relativista (ICRANet) analizó la explosión de rayos gamma más poderosa jamás detectada, GRB 190114C. Se trata de una llamarada colosal que registra alrededor de un billón de electronvoltios (1 TeV), desde 4.500 millones años luz de distancia.

Hipernova

Durante un tiempo, los científicos pensaron que los estallidos de rayos gamma eran impulsados por un mecanismo desconocido de agujeros negros de masa estelar. El año pasado, Ruffini y sus colegas idearon una solución para este mecanismo, un proceso al que llamaron hipernova impulsada por binarios.

El mecanismo comienza con un sistema binario cerrado, el cual consiste en una estrella de carbono-oxígeno al final de su vida y una estrella de neutrones. Cuando la estrella de carbono-oxígeno se convierte en supernova, el material expulsado puede ser absorbido rápidamente por la estrella de neutrones compañera.

Por lo tanto, ese compañero excede el punto de masa crítica y se colapsa en un agujero negro, que lanza una ráfaga de rayos gamma, así como chorros de material desde sus polos a casi la velocidad de la luz. Además, el núcleo de la estrella de carbono-oxígeno se colapsa en una segunda estrella de neutrones, dando como resultado una binaria de agujero negro-estrella de neutrones.

El nuevo trabajo

Ahora, Ruffini y sus colegas de ICRANet han descrito el mecanismo que un estallido de rayos gamma de alta energía es capaz de lanzar. Se trata de la aceleración de partículas a lo largo de líneas de campo magnético heredadas de la estrella de neutrones madre del agujero negro. Ese campo magnético extrae energía rotacional de la ergosfera del agujero negro.

“El novedoso motor presentado en la nueva publicación hace el trabajo a través de un proceso gravito-electrodinámico relativista puramente general: un agujero negro giratorio, que interactúa con un campo magnético circundante, crea un campo eléctrico que acelera los electrones ambientales a energías ultra-altas, las cuales conducen a radiación de alta energía y rayos cósmicos de energía ultra alta”, explicó Ruffini.

Los chorros relativistas, o casi a la velocidad de la luz, son frecuentes en los núcleos galácticos activos. Se presume que su formación inicia con el proceso de acreción y que son producidos cuando un enorme disco de material gira alrededor del agujero negro activo, cayendo en él desde el borde interior, aunque no todo este material termina cayendo.

Asimismo, los astrónomos consideran que parte del material se canaliza y acelera a lo largo de las líneas del campo magnético alrededor del exterior del agujero negro hasta los polos, donde se lanza al espacio en forma de chorros paralelos.

GRB 190114

Los agujeros negros y las estrellas de neutrones logran tener campos magnéticos poderosos, y la evidencia sugiere que son capaces de actuar como un sincrotrón. De igual forma plantea que un sincrotrón de campo magnético juega un papel en el lanzamiento de un estallido de rayos gamma durante la formación de un agujero negro.

Al estudiar GRB 190114C, el equipo encontró un mecanismo similar. Sin embargo, en vez de un proceso de emisión continuo, hay uno que se repite una y otra vez, liberando energía de agujero negro para producir la emisión de rayos gamma observada.

Basándose en observaciones de GRB 190114C, pudieron reconstruir la secuencia de eventos. La estrella de carbono-oxígeno se convierte en supernova, mientras que el núcleo se colapsa en una estrella de neutrones. Parte de ese material expulsado vuelve a caer sobre la estrella de neutrones recién formada, causando un resplandor de rayos X.

Otra parte cae sobre la estrella de neutrones compañera, empujándola por encima del límite de masa para formar un agujero negro (este proceso es suave, y toma solo 1,99 segundos). Luego, el material continúa cayendo sobre el agujero negro recién formado, generando un estallido de rayos gamma de 1,99 a 3,99 segundos.

Finalmente, material adicional que cae sobre el agujero negro da como resultado la formación de chorros y radiación gamma en el rango de gigaelectronvoltios, a partir de la extracción de energía rotacional.