Un equipo internacional de astrónomos descubrió que cierto tipo de estallidos o brotes cortos de rayos gamma (BRG) no se originaron en lugares aislados del universo como se creía inicialmente. Después de un profundo estudio en el que se utilizaron múltiples observatorios, se descubrió que estos eventos aislados en realidad ocurrieron en galaxias extremadamente lejanas, y por lo tanto muy difusas, algunas ubicadas a más de 10 mil millones de años luz de distancia.

El hallazgo sugiere que los estallidos cortos de rayos gamma, que se producen como resultado de la colisión de estrellas de neutrones, podrían haber sido más comunes de lo que se creía en el pasado. Asimismo, como la fusión entre estrellas de neutrones produce elementos pesados, como el oro y el platino, es posible que el universo estuvo sembrado con metales preciosos antes de lo que se pensaba.

Esta investigación requirió el poder combinado de algunos de los telescopios más poderosos en la Tierra y en el espacio, incluyendo los telescopios de Gemini Norte, en Hawai, y el Gemini Sur, en Chile. Ambos telescopios conforman el Observatorio internacional Gemini que opera NOIRLab de NSF y AURA. En el estudio también participaron el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA; el Telescopio Lowell Discovery, ubicado en Arizona; el Gran Telescopio Canarias, en La Palma, Islas Canarias; el Very Large Telescope de ESO, en Cerro Paranal, Chile; y el Observatorio Keck en Hawai.

“Muchos brotes cortos de rayos gamma se encuentran en galaxias brillantes relativamente cerca de nosotros, pero algunos de ellos parecen no tener un origen galáctico aparentemente”, explicó Brendan O’Connor, astrónomo de la Universidad de Maryland y de la Universidad George Washington, y autor principal del artículo científico que presenta los resultados de la investigación. “Luego de identificar el  origen de estos brotes cortos de rayos gamma, fuimos capaces de analizar un montón de datos de los observatorios, incluyendo de los telescopios gemelos de Gemini, para descubrir el tenue resplandor de las galaxias que estaban tan alejadas como para ser identificadas con anterioridad”.

Los investigadores comenzaron su búsqueda revisando datos de 120 estallidos cortos de rayos gamma capturados por dos instrumentos a bordo del Observatorio Neil Gehrels Swift de la NASA. Se trata del Telescopio de Alerta de Explosión de Swift, que indicó la detección de una explosión, y del Telescopio de Rayos X de Swift, que identificó la ubicación general del resplandor de rayos X. Estudios adicionales más precisos del resplandor realizados con el Observatorio Lowell identificaron con mayor precisión la ubicación de los BRGs.

Investigaciones posteriores encontraron que 43 de los estallidos cortos de rayos gamma no estaban asociados con ninguna galaxia conocida y aparecían en el espacio vacío entre galaxias. “Estos BRGs huérfanos presentaban un misterio intrigante y los astrónomos habían propuesto dos explicaciones posibles para su existencia aparentemente aislada”, señaló O’Connor. 

Una de las hipótesis indicaba que las estrellas de neutrones progenitoras se formaron como un par binario dentro de una galaxia distante, y luego se desplazaron juntas hacia el espacio intergaláctico para  finalmente fusionarse miles de millones de años después.

La otra hipótesis mencionaba que las estrellas de neutrones se fusionaron a miles de millones de años luz de distancia en sus galaxias anfitrionas, las que actualmente se ven extremadamente tenues debido a su enorme distancia con la Tierra. 

“Sentíamos que este segundo escenario era más plausible para explicar gran parte de los eventos sin anfitrión”, dijo O’Connor. “Entonces utilizamos los telescopios más poderosos en la Tierra para recolectar imágenes profundas de las ubicaciones de los BRG y descubrimos galaxias ubicadas entre 8 a 10 mil millones de años luz de la Tierra”.

Para realizar estos descubrimientos, los astrónomos utilizaron una variedad de instrumentos ópticos e infrarrojos montados en los telescopios de 8,1 metros de los telescopios Gemini. Gemini ofrece la posibilidad de realizar observaciones desde ambos hemisferios, lo que es increíblemente importante para el seguimiento de BRG. Los datos de Gemini fueron utilizados para localizar 17 de 31 BRGs analizados en la muestra. 

Este resultado puede ayudar a los astrónomos a comprender la evolución química del universo. La fusión de estrellas de neutrones desencadena una serie de reacciones nucleares que son necesarias para producir metales pesados como el oro, el platino y el torio. Al encontrar fusiones de estrellas de neutrones tan atrás en el tiempo cósmico, significa que el joven universo era mucho más rico en elementos pesados que lo que se creía previamente.

“Esto empuja hacia atrás la escala de tiempo cuando el universo recibió el ‘toque de Midas’ y fue sembrado con los elementos más pesados de la tabla periódica", precisó O’Connor.

“Este estudio de las galaxias anfitrionas de estallidos de rayos gamma entregó una respuesta convincente sobre el antiguo enigma de la naturaleza de los entornos de las estrellas de neutrones”, comentó el Jefe de Programa de Gemini en la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos, Martin Still, “Entre los más grandes telescopios de libre acceso en el mundo, los telescopios de Gemini proporcionan laboratorios poderosos y flexibles para un amplio rango de experimentos y colaboración internacional”.