Un firma explosiva del choque de galaxias

• Título: First measurement of HI 21cm emission from a GRB host galaxy indicates a post-merger system
• Autores: Maryam Arabsalmani, Sambit Roychowdhury, Martin Zwaan, et al.
• Institución del primer autor: European Southern Observatory, Garching, Germany
• Estado: Accepted to MNRAS
• Astrobite original: An explosive signature of galaxy collisions, por Ben Cook

Gamma ray bursts (GRBs por sus siglas en inglés) son algunos de los eventos mas explosivos del universo. A veces se caracterizan como las explosiones mas grandes desde el Big Bang (es difícil decir cuan grande fue el Big Bang, pero seguro que fue muy grande). Hay dos clases de GRBs: duración larga y duración corta. GRBs de duración larga (los cuales nos interesan actualmente) resultan cuando unas estrellas muy masivas se explotan.

Imagen 1: Se supone que las GRBs de duración larga se forman cuando se mueran las estrellas mas masivas. Mientras que las estrellas se pierdan su combustible (desde las izquierda a la derecha), empiezan fuse los elementos pesados hasta llegar al hierro (Fe). El hierro no fuse, y la estrella puede colapsar como un agujero negro. Al mismo momento que el material se cae al agujero negro, un chorro poderoso se lanza (izquierda baja), que se observa como un GRB.

Las estrellas mas masivas queman su combustible muy rápidamente, y se mueren antes de las estrellas pequeñas. Entonces, los GRBs de larga duración solo aparecen en las galaxias con formación estelar recién. En una galaxia sin formación estelar, las estrellas masivas ya se murieron. Muchas observaciones detalladas habían estado requerido pare confirmar la conexión de GRBs y sus galaxias anfitriones. Esta conexión es evidencia de la explicación de las estrellas masivas.

Los autores de la publicación de hoy estudiaron la galaxia anfitrión de una GRB de larga duración con otro meta. Además que mostrar que la galaxia se estado formando muchas estrellas, querrían investigar su gas para explicar por qué se forma cuantas estrellas.

Hidrógeno ionizado caliente es fácil observar, porque emite mucha luz en los rangos ultravioleta (UV) y óptica. Este hidrógeno ionizado se encuentra en los alrededores de las regiones jóvenes de formación estelar, entonces se había estado visto en las anfitriones de GRBs anteriormente. Pero, el hidrogeno neutral frío – la mayoría del gas en una galaxia – es mucho mas difícil observar directamente. No se emite mucha luz propia, pero sí se emite en el rango radio con una longitud de onda de 21 cm – se llama la línea de 21 cm. Para mas información de la física que pertenece, busca esta página de astrobites, pero quiere decir que casi todo el hidrógeno neutral emite débilmente a los 21 cm.

El señal es tan débil que no había estado detectado en las galaxias más lejanas. Los autores observaron la galaxia anfitrión del GRB más cercana que había estado observado (980425), solo 100 millones años-luz desde la tierra (casi 50 veces mas lejano de la galaxia Andromeda). Es casi nuestro vecino, en comparación a los demás GRBs. Debido la proximidad, detectaron la primera emisión de 21 cm desde una galaxia GRB anfitrión.

Imagen 2: El mapa radio (contours) del gas hidrógeno neutral detectado con observaciones radios de 21 cm. La región mas densa del disco se alinea con la locación de la explosión GRB (flecha roja) y una burst de formación estelar ongoing (flecha azul). Figura 2 por Arabsalmani et al. (2015)

Usando observaciones radios poderosas – primeramente del Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT, o telescopio radio milimétrico gigante) – los autores hicieron mapas de la emisión del hidrogeno 21 cm en todo de la galaxia. Descubrieron un disco grande de gas neutral, lo cual fue más grueso donde explotó el GRB. Gas denso aumenta la formación estelar, entonces las estrellas masivas puede estar presente para convertirse en GRBs.

El descubrimiento mas importante fue que el disco de gas había estado perturbado. Mas que 21% del gas no estaba alineado con el disco. La perturbación resulta de una unión con una galaxia pequeña, mezclando el disco mientras que pasaba. Los autores proponen que la unión podría haber ayudado a empezar la formación estelar. A través de shock-compresión el gas, hubiera empezado formar estrellas para eventualmente convertirse en GRBs.

La publicación es impresionante porque muestra que astrónomos están buscando mas profundamente el enlace entre GRBs y su galaxia anfitrión. Los astrónomos habían sabido que GRBs son indicaciones de las galaxias con mucha formación estelar. Esta publicación utilizaron observaciones radios del gas para conectar la formación estelar a una unión recién. La mayoría de anfitriones de GRBs están muy lejos, que se complica las observaciones. Observatorios con mayor sensibilidad – como ALMA y el VLA – se hacen posible observar si el gas de mas anfitriones de GRBs muestra evidencia de la unión. Es posible que los GRBs nos dicen más sobre sus galaxias que antes habíamos pensado.