Una investigaci贸n de la UNAM recrea la historia espacial mediante la observaci贸n de rayos gamma
UNAM/DICYT “Las explosiones más potentes del cosmos ayudan a reconstruir el pasado del universo, tanto en lo que concierne a la actividad global de formación de estrellas y galaxias, como a la tasa de expansión del espacio”, comentó Vladimir Avila-Resse, del Instituto de Astronomía (IA) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). Así como los paleontólogos pretenden reconstruir el pasado de la vida valiéndose de fósiles, Avila-Resse y Claudio Firmani, del Observatorio Astronómico de Brera (OAB), buscaban “fósiles astronómicos” que ayudaran a recrear el ritmo de formación estelar global del universo. Estos vestigios vinieron a ser, literalmente, los cadáveres de estrellas masivas: los estallidos de rayos gamma (ERG).
Los ERG se manifiestan como destellos rápidos e intensos en los rayos gamma, con una secuela posterior (crepúsculo) en casi todas las frecuencias de la radiación electromagnética. Se estima que la mayoría corresponde a la muerte de estrellas de más de 25 masas solares y con alta rotación. El núcleo de estas estrellas colapsa en un hoyo negro con un disco de acreción circundante, que colima chorros con energías equivalentes a cientos de trillones de soles juntos en cuestión de segundos, lo que hace que los ERG se puedan observar a cualquier distancia o cualquier época en el pasado.
El Universo se está apagando
La frecuencia de los ERG refleja el ritmo de formación de estrellas masivas. Sin embargo, la inferencia de dicha frecuencia no es directa a partir de los datos observacionales. Usando modelos adecuados, Avila-Reese y Firmani lo lograron. En trabajos publicados en los últimos años, los astrofísicos concluyeron que hacia el pasado los estallidos eran más luminosos y su tasa de ocurrencia más alta. Cuando el universo tenía un tercio de su edad actual, esta tasa era 20 veces más alta que en el presente, incrementándose aún más hacia épocas tempranas. Conclusiones similares se habían obtenido con base en observaciones profundas en el espectro ultravioleta y óptico del Telescopio Espacial Hubble. En este caso, es posible no estar detectando gran parte de la radiación producida por las estrellas jóvenes, pues ésta pudo haber sido absorbida en su camino por gas molecular y polvo cósmico.
En contraste, con el método de Avila y sus colegas no existe ese inconveniente, pues los rayos gamma atraviesan densas nubes de polvo sin dificultad y proporcionan información “no filtrada” de cómo fue el universo en su infancia. Además, los astrofísicos encontraron que la tasa de formación estelar hacia el pasado, inferida a partir de los estallidos, es mayor a la que se ve con el Telescopio Espacial. La pregunta es, ¿por qué?, y en general, ¿es posible entender cómo es que el ritmo global de formación de estrellas en el universo fuera tan alta en el pasado y cayera tanto hacia el presente? Para dar respuesta a estas inquietudes, los colegas universitarios de Avila, Pedro Colín, Octavio Valenzuela y Enrique Vázquez-Semadeni, desarrollan simulaciones numéricas de formación y evolución de galaxias en el contexto cosmológico. En este plano, el molde donde el gas es atrapado para formar galaxias es la materia oscura.
El ensamblaje de las estructuras de materia oscura es jerárquico: se forman primero las escalas pequeñas, que luego se agregan para integrar las más grandes. Colín explica que las simulaciones, realizadas en supercomputadoras como la Kan Balam de la UNAM, además de seguir este proceso de agregación en un universo en expansión, consideran la hidrodinámica del gas atrapado por los moldes oscuros, su disipación, la formación de las galaxias, la transformación del gas en estrellas en su seno y la retroalimentación de ellas, en especial cuando explotan como supernovas o ERG, arrojando gas caliente dentro y fuera de su sistema.
El proceso de formación estelar es complejo y se considera un problema central y abierto de la astronomía. Varios astrónomos de la UNAM son líderes mundiales en este campo. Uno de ellos, Vázquez-Semadeni, aporta sus conocimientos para modelar este proceso en las simulaciones. Al respecto, Valenzuela expresó: “Esperamos pronto simular, de manera realista, la formación estelar y su correspondiente retroalimentación al gas en las galaxias. Sólo entonces podremos entender qué determina la historia de formación estelar global del universo que muestran las observaciones, así como el proceso de ensamblaje de las galaxias mismas”.