Late-time JWST/NIRCam Observations of the Extremely Long-duration GRB 250702B/EP 250702a and Its Host Galaxy

Resumen Técnico: Observaciones de JWST/NIRCam en fase tardía de la GRB extremadamente larga 250702B/EP 250702a y su galaxia anfitriona

Problema y Contexto
La naturaleza intrínseca de la GRB 250702B (activada por Fermi el 2 de julio de 2025, con una duración de rayos gamma $T_{90} \geq 25,000$ s y una duración en rayos X que se extiende hasta $\sim 110,000$ s) sigue siendo ambigua. Existen tres hipótesis primarias: (1) una LGRB de colapsar extrema impulsada por un colapsar con emisión de rayos X precursora; (2) un evento de Disrupción de Marea (TDE) con chorro proveniente de un agujero negro de masa intermedia ($M_{BH} \leq 10^5 M_\odot$) ocurriendo fuera del núcleo; o (3) una fusión entre un agujero negro y una estrella de helio. Las observaciones previas establecieron la ubicación del transitorio dentro de la franja de polvo de una galaxia anfitriona a $z = 1.036$, pero la naturaleza de la emisión tardía y las propiedades específicas de la galaxia anfitriona requerían una mayor caracterización para distinguir entre estos escenarios de progenitores.

Metodología
Los autores presentan nuevas imágenes de JWST/NIRCam del campo de la GRB 250702B tomadas en $\Delta t \approx 95$ días post-activación (marco del observador) en los filtros F150W, F200W, F277W, F356W y F444W. Para abordar la contaminación de un pico de difracción de una estrella cercana brillante, el equipo empleó una técnica de sustracción de plantilla utilizando una estrella similarmente brillante sin estructura de anfitriona subyacente, escalando la plantilla por un factor de 1.2 para igualar la intensidad del pico.

La fotometría del transitorio se derivó mediante fotometría de apertura forzada y de PSF sobre los residuales sustractados con GALFIT, donde la galaxia anfitriona fue modelada con perfiles de Sérsic y de disco de canto (edge-on). El equipo también reanalizó los datos de HST/WFC3 F160W de $\Delta t \approx 12.5$ días, utilizando la imagen de JWST F150W como plantilla para la sustracción con el fin de aislar el flujo del transitorio. Los parámetros físicos de la galaxia anfitriona se restringieron utilizando el marco de inferencia bayesiana Prospector, ajustando la fotometría de JWST con una historia de formación estelar de $\tau$ retardado, una ley de atenuación de Calzetti y prioris de masa-metalicidad. Finalmente, la curva de luz del transitorio y las propiedades de la anfitriona se compararon contra una muestra de ULGRBs conocidos, TDEs con chorro y una muestra de anfitrionas de LGRB estándar con redshift emparejado.

Resultados Clave

• Propiedades de la Galaxia Anfitriona: La anfitriona es una galaxia única y masiva ($\log(M_*/M_\odot) = 11.0^{+0.2}_{-0.3}$) vista casi de canto con una prominente franja de polvo. El modelado de Prospector indica una alta columna de polvo ($A_V = 2.8 \pm 0.3$ mag). En comparación con las anfitrionas de LGRB en redshifts similares ($z \sim 0.8–1.3$), esta anfitriona es la más masiva y la más brillante en las bandas de reposo $r$ y $H$, a pesar de la significativa extinción por polvo.
• Detección del Transitorio: En los filtros más rojos (F277W, F356W, F444W), no se detectó emisión del transitorio, lo cual es consistente con los límites superiores. Sin embargo, la fotometría forzada en los filtros más azules (F150W y F200W) revela posibles detecciones de $\sim 3\sigma$ con magnitudes $m_{F150W} \approx 27.9$ mag AB y $m_{F200W} \approx 27.4$ mag AB.
• Comportamiento de la Curva de Luz: Si las detecciones en F150W/F200W son seguras, la curva de luz exhibe un aplanamiento (plateau) en tiempos tardíos, desviándose del decaimiento de la ley de potencia $t^{-1.8}$ observado en rayos X. Si estas son no-detecciones (límites superiores), son consistentes con el decaimiento extrapolado del afterglow pero no lo restringen más.
• Análisis Comparativo:
  • Interpretación de TDE con Chorro: El posible plateau tardío y el color F150W–F200W son consistentes con el comportamiento de TDEs con chorro conocidos, aunque el plateau es $\sim 2$ magnitudes más tenue que la mayoría (excepto AT 2022cmc). Esta debilidad se alinea con las expectativas para un TDE impulsado por un agujero negro de menor masa ($M_{BH} \leq 10^5 M_\odot$). La masa de la anfitriona también es consistente con muestras de TDEs fuera del núcleo.
  • Interpretación de ULGRB: La curva de luz también es consistente con un afterglow de LGRB estándar más un componente de supernova (SN). El modelado sugiere que se requeriría un componente de SN $\sim 2\times$ más brillante que la SN 1998bw para coincidir con la fotometría, similar a la SN 2011kl asociada con la GRB 111209A. Sin embargo, esto contradice las no-detecciones previas de JWST/NIRSpec de una SN, aunque los autores señalan que esta tensión es degenerada con las incertidumbres de la extinción de la anfitriona.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo postula que la GRB 250702B es un transitorio extremo y enigmático que desafía las clasificaciones actuales de GRBs de colapsar y TDEs.

• Si es un TDE con Chorro: Representaría el primer TDE con chorro confirmado fuera del núcleo y el primero asociado con un agujero negro menos masivo que un agujero negro supermasivo central.
• Si es una ULGRB: Sería solo la segunda ULGRB con una supernova asociada, resaltando la potencial diversidad en las rutas de progenitores de eventos ultralargos.
• Ambigüedad Observacional: Los autores enfatizan que la estructura compleja de la galaxia anfitriona (específicamente la franja de polvo) y la falta de una imagen de plantilla tardía crean ambigüedad respecto a la realidad de las detecciones en F150W/F200W. En consecuencia, el artículo concluye que, si bien los datos son consistentes tanto con un plateau de TDE con chorro como con un modelo de GRB+SN, la clasificación definitiva requiere estudios pancrómicos futuros y, crucialmente, imágenes de plantilla tardía con JWST/NIRCam para resolver la emisión del transitorio de la estructura de la anfitriona.