Explosiones de Rayos Gamma: Tipos, causas y efectos

¿Qué es un rayo gamma?

Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética. Los diferentes tipos de radiación en el espectro electromagnético (EM) varían según la longitud de onda. Las longitudes de onda cortas están asociadas con energías más altas. Los rayos gamma tienen la longitud de onda más corta y, por lo tanto, tienen las energías y frecuencias más altas, generalmente con un rango de frecuencia de {eq}10^{19}\: Hz {/eq} a {eq}10^{21}\: Hz {/eq}, aunque no se reconoce nada por encima de los rayos gamma en el espectro EM.

Los rayos gamma fueron descubiertos en 1896 por Henri Becquerel cuando descubrió que el uranio emitía una forma de luz que podía viajar a través de la materia e incidir en una placa fotográfica. Tomó tiempo confirmar que esto no era causado por los rayos X, que se habían descubierto recientemente, ni por ninguna otra forma de radiación. En 1914, los rayos gamma se asociaron con procesos de alta energía, tanto naturales como fabricados, como los creados por estrellas de neutrones, púlsares y otros fenómenos energéticos similares. En la Tierra, los rayos gamma se emiten durante la desintegración radiactiva, se generan por rayos y se crean durante explosiones nucleares.

¿Qué es una explosión de rayos gamma?

Un estallido de rayos gamma (GRB) se caracteriza por un estallido continuo y concentrado de radiación gamma procedente de un lugar particular del universo. Puede durar desde una fracción de segundo hasta varios minutos y ocurre aproximadamente una vez al día. Dado que los rayos gamma viajan a la velocidad de la luz y son invisibles para los ojos humanos, no hay forma de verlos venir. Su intensidad y trayectoria son impredecibles. Para estudiarlos, se pusieron en órbita satélites especiales que pueden reposicionar sus sensores una vez que comienza un GRB.

Un GRB representa la liberación de una asombrosa cantidad de energía. En sólo unos segundos, un GRB puede liberar más energía de la que producirá el sol durante toda su vida útil de diez mil millones de años.

Tipos de explosiones de rayos gamma

Hay dos tipos de GRB: ráfagas de corta duración y ráfagas de larga duración. Las ráfagas de corta duración duran menos de dos segundos. Las ráfagas de larga duración pueden durar varios minutos, pero su promedio es de unos treinta segundos. La diferencia de duración es resultado de los diferentes procesos responsables del GRB. Hay más ráfagas de larga duración que de corta duración, pero aparte de eso, no difieren de manera significativa.

¿De dónde provienen las explosiones de rayos gamma?

Después de la Segunda Guerra Mundial y la firma del Tratado de Prohibición de los Ensayos Nucleares, se volvió importante saber cuándo y dónde se estaban probando armas nucleares. Detectar rayos gamma era una forma de hacerlo, y en la década de 1960, los científicos comenzaron a utilizar satélites para buscarlos. Terminaron detectando más rayos gamma de los que podrían explicarse mediante pruebas nucleares. Además, estos rayos gamma vinieron de algún lugar del espacio. Durante la siguiente década, se determinó que estos rayos gamma procedían de un estallido de rayos gamma. La fuente de los GRB siguió siendo un misterio durante más de cuarenta años, pero la tecnología y las observaciones satelitales identificaron su origen fuera de la Vía Láctea, a menudo a miles de millones de años luz de distancia, por lo que su poder destructivo disminuyó cuando llegaron aquí..

¿Qué causa las explosiones de rayos gamma?

Los GRB de larga duración se producen cuando una estrella masiva muere y colapsa en un agujero negro. Este evento normalmente crea una supernova. Sin embargo, no todas las supernovas producen un GRB. La estrella debe ser masiva y producir una enorme liberación de energía durante su colapso, evento conocido como hipernova. Un GRB de una hipernova generalmente ocurre como chorros gemelos que se disparan en direcciones opuestas alineados con el eje de rotación del agujero negro.

Hay dos fuentes de GRB de corta duración, ambas de estrellas de neutrones. Una estrella de neutrones es un remanente estelar (una estrella muerta) que dejó de colapsar en un agujero negro. Las estrellas de neutrones tienen una masa aproximadamente una vez y media la del Sol (comienzan con unas veinte masas solares, pero pierden gran parte), tienen un radio de unos diez kilómetros y están compuestas por una de las materias más densas conocidas. Cuando dos estrellas de neutrones chocan, su colisión y posterior colapso en un agujero negro son suficientes para producir un GRB. Con menos frecuencia, un magnetar puede producir un GRB. Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético mucho más fuerte que el de una estrella de neutrones normal, unas cien veces más fuerte. La superficie de un magnetar puede desplazarse y, al igual que un terremoto en la Tierra, producir un terremoto estelar. Este terremoto estelar libera suficiente energía para crear un GRB. La materia expulsada del magnetar durante el terremoto creará un segundo GRB cuando colisione con gases interestelares.

Efectos de las explosiones de rayos gamma en la Tierra

Los estallidos de rayos gamma procedentes de otras galaxias y de los confines del universo no tienen poder para causar ningún daño real a la Tierra. El más cercano jamás registrado se encontraba todavía a 1.300 millones de años luz de distancia. Sin embargo, si ocurriera algo dentro de la Vía Láctea, la situación cambiaría. Considerando las energías asociadas con un GRB, un evento cercano podría destruir la Tierra. Sin embargo, si bien un estallido de rayos gamma lo suficientemente cercano podría aniquilar la vida planetaria en un instante, la atmósfera de la Tierra probablemente sería la primera víctima, ya que la repentina corriente de rayos gamma de alta energía despojaría la capa de ozono. El ozono ({eq}O_3 {/eq}) es una molécula inestable que se repone continuamente en la atmósfera mediante la luz ultravioleta, pero una explosión de rayos gamma la destruiría.

Esto tendría consecuencias inmediatas y nefastas para la vida en la Tierra. La capa de ozono sirve como escudo protector contra los dañinos rayos UVB del sol. Sin él, la exposición a los rayos UV aumentaría en un factor de 100. Cualquiera que estuviera al aire libre sin protección se quemaría instantáneamente. Las mutaciones y las tasas de cáncer se dispararían, la cadena alimentaria colapsaría y la Tierra se enfrentaría a un evento de extinción masiva.

Afortunadamente, los GRB dentro de la Vía Láctea ocurren con millones de años de diferencia, y la explosión tendría que apuntar a la Tierra para producir efectos tan devastadores. Las probabilidades de que un estallido de rayos gamma golpee la Tierra son extremadamente pequeñas. Vale la pena señalar, sin embargo, que una de las causas teorizadas de la extinción del Ordovícico, que ocurrió hace 450 millones de años, fue un estallido de rayos gamma.

Resumen de la lección

Los rayos gamma son una forma de radiación electromagnética. Tienen las longitudes de onda más cortas y las energías más altas de cualquier forma de radiación EM. Los rayos gamma están asociados con eventos de alta energía y pueden ser creados por ellos. En todo el universo, son emitidos por estrellas de neutrones, púlsares y otros fenómenos poderosos. En la Tierra, pueden ser creados por la caída de un rayo o liberados por desintegración radiactiva. También se liberan durante las explosiones nucleares, así se descubrieron inicialmente las explosiones de rayos gamma (GRB). Mientras los científicos buscaban rayos gamma para detectar pruebas nucleares en la década de 1960, encontraron ráfagas frecuentes y sostenidas de rayos gamma procedentes de puntos lejanos del universo. Finalmente se dieron cuenta de que hay dos tipos de estallidos de rayos gamma: estallidos de larga duración y estallidos de corta duración.

Las explosiones de larga duración ocurren cuando una estrella especialmente masiva colapsa en un agujero negro, creando una hipernova y una liberación de energía incluso mayor que la de una supernova. Las ráfagas de larga duración son las más comunes de los dos tipos y duran más de dos segundos. En promedio duran unos treinta segundos, pero pueden durar minutos. Las explosiones de corta duración se producen cuando dos estrellas de neutrones chocan y colapsan en un agujero negro. También pueden ser creados por magnetares, que son estrellas de neutrones con campos magnéticos extremadamente fuertes. La superficie de un magnetar puede desplazarse y provocar un terremoto estelar (muy parecido a un terremoto en la Tierra) con la energía necesaria para liberar un estallido de rayos gamma. Los GRB ocurren aproximadamente una vez al día en todo el universo, pero es muy poco probable que ocurran lo suficientemente cerca como para afectar la vida en la Tierra. Sin embargo, si lo hiciera, tendría el poder de destruir la capa de ozono de la Tierra y potencialmente causar un evento de extinción masiva.