UN DESTELLO DE RAYOS GAMMA DE 1991 SUENA COMO UN MAGNETAR

El 11 de julio de 1991, el instrumento BATSE a bordo del Observatorio de Rayos Gamma Compton registró un destello de rayos gamma. GRB 910711 se describió como el estallido más corto que había visto la misión: un pico brillante de unos 10 milisegundos y luego una cola débil de 100 a 200 milisegundos. En 2023, un análisis de 724 estallidos cortos lo convirtió en el candidato más sólido a presentar oscilaciones de kilohercios —un brillo que sube y baja miles de veces por segundo—, interpretadas como los movimientos de una estrella de neutrones «hipermasiva» surgida de una fusión.

Dos sospechosos para un destello corto

Los estallidos cortos de rayos gamma tienen dos posibles orígenes: una fusión de estrellas compactas o una erupción gigante de un magnetar, una estrella de neutrones con un campo magnético ultraintenso. Algunas erupciones gigantes de otras galaxias se parecen a los estallidos de fusión en su duración y en la energía de su luz; sin una posición precisa en el cielo, es difícil distinguirlos. La posición de GRB 910711 tiene una incertidumbre de unos 6 grados.

Run-Chao Chen y Bin-Bin Zhang (Universidad de Nankín), Ore Gottlieb (Instituto Tecnológico de Massachusetts) y otros cinco colegas partieron de una tensión en la interpretación de la fusión.

Una luz demasiado dura para llevar un latido

El espectro de GRB 910711 se ajusta casi igual de bien con un cuerpo negro —el resplandor de un cuerpo caliente y opaco— que con la forma que suele ajustarse a los estallidos de fusión. Con esa segunda forma, resulta inusualmente «duro» —cargado de fotones de alta energía—, en el extremo de los estallidos medidos por BATSE.

La solución natural: una luz que emerge de una fotosfera, la capa en la que una nube opaca deja escapar su luz. Pero ahí la luz sale lejos del motor central, tras muchas dispersiones. Un latido de kilohercios marcado por una estrella de neutrones en el centro necesitaría un mecanismo adicional para sobrevivir al trayecto, o para reconstruirse en la salida.

Un gemelo más débil de una erupción conocida

Su referencia es GRB 200415A, registrado el 15 de abril de 2020: una erupción gigante de un magnetar de la galaxia cercana NGC 253, a 3,5 megapársecs; el megapársec es la unidad que usan los astrónomos para las distancias entre galaxias.

Alineadas en sus picos, las dos curvas de luz se parecen: el mismo pico de 10 milisegundos, la misma cola más débil, rasgos tan breves como unos 90 microsegundos —millonésimas de segundo— en 1991, y 65 en 2020. Un modelo de la erupción de 2020, simplemente atenuado como si se hubiera producido más lejos, reproduce la forma del estallido de 1991. Una ilustración, insisten los autores, no una medición de distancia.

Armónicos de unos 360 hercios

Dentro del pico, el equipo encuentra una protuberancia a 360 hercios —360 veces por segundo— en el estallido de 1991, y a 350 hercios en el de 2020. En 10 milisegundos, no se pueden separar frecuencias más próximas que unos 100 hercios: las dos protuberancias son indistinguibles.

Los mapas de ritmo frente al tiempo muestran picos que se encienden en múltiplos enteros de 360 hercios, como los armónicos de una misma nota: 1, 3, 5, 6 y 11 veces 360 en GRB 910711; 2, 4, 6 y 12 veces en GRB 200415A. Ambos comparten el sexto, unos 2.160 hercios, cercano a una oscilación ya descrita en la erupción de 2020.

El biespectro comprueba si las oscilaciones están acopladas: unas oscilaciones acopladas crean potencia en la suma de sus frecuencias. En la erupción de 2020, la componente de 4.320 hercios corresponde a dos componentes acopladas de 2.160 hercios, que a su vez corresponden a 720 y 1.440 hercios acoplados.

100.000 estallidos falsos

Para poner a prueba el azar, el equipo generó para cada estallido 100.000 curvas de luz falsas con la misma forma del pico y el mismo ruido de recuento de fotones, pero sin oscilación. La protuberancia de 360 hercios salió al menos igual de fuerte en alrededor del 5 % de ellas para GRB 910711, y en el 0,1 % para GRB 200415A. Cuando las curvas falsas incluían también las oscilaciones de kilohercios ya descritas y un ruido de fondo más realista, esas cifras subieron al 15,5 % y al 33,4 %: por sí sola, la protuberancia de baja frecuencia resulta menos inesperada.

Los armónicos solo se pusieron a prueba frente a curvas falsas sin oscilaciones, y ahí resisten. Una pequeña diferencia en la frecuencia fundamental se multiplica en cada armónico, así que el patrón la pone a prueba con más finura que la protuberancia sola. Barriendo de 260 a 460 hercios, ambos estallidos prefieren unos 360 hercios; las curvas falsas, no. Frente a curvas falsas sin oscilaciones, la intensidad combinada de los acoplamientos solo se alcanzó 1,3 veces de cada 10.000 para GRB 910711, y 4,5 veces para GRB 200415A.

Diecisiete galaxias candidatas

A cualquier distancia, GRB 910711 sería demasiado débil para la energía de su luz, en comparación con los estallidos de fusión conocidos. Como erupción gigante encaja, si está a menos de unos 55 megapársecs, unas 16 veces más lejos que NGC 253. En ese intervalo y en su porción de cielo, el equipo enumera 17 galaxias, la más cercana a unos 9,1 megapársecs, todas clasificadas como mayoritariamente formadoras de estrellas. Si la interpretación se sostiene, BATSE captó en 1991 su primera erupción gigante procedente de otra galaxia.

Qué podría vibrar a 360 hercios

En las erupciones gigantes de nuestra Galaxia, aparecieron oscilaciones rápidas en las colas que se desvanecían, no en el pico; una, de unos 625 hercios, se atribuyó a una vibración de la corteza de la estrella. Con ciertos supuestos podría caer cerca de 360 hercios, pero depende del interior y del campo magnético de cada estrella: que dos magnetares la compartieran sería una coincidencia. Más especulativa es una vibración en la frontera donde la materia nuclear se convierte en materia de quarks, en lo más profundo del núcleo: su frecuencia, entre 100 y 1.000 hercios, depende sobre todo de la física nuclear y poco de la masa de la estrella. Cómo moldearía una vibración así la luz del pico sigue siendo incierto.

Un latido oído solo en los rayos gamma

Los resultados «no establecen de forma unívoca» un origen en un magnetar, escriben los autores, pero lo convierten en «la interpretación más económica»: una fusión debe explicar a la vez el espectro duro, un latido que atraviesa la fotosfera, el parecido con la erupción de 2020 y los armónicos compartidos. Si aparecen armónicos así en futuros estallidos cortos, los rayos gamma por sí solos podrían ayudar a distinguir erupciones de fusiones, a tiempo para planificar observaciones de seguimiento. GRB 910711 conserva una porción de cielo de 6 grados, 17 galaxias candidatas y un latido cercano a 360 hercios.