AT 2020afjz (TSS2020a): The First Fast Extragalactic Transient Discovered by TESS

El universo está lleno de explosiones cósmicas que ocurren en un abrir y cerrar de ojos, pero durante décadas, nuestros telescopios han sido demasiado lentos para captarlas en el acto. Si bien los astrónomos han estudiado durante mucho tiempo las supernovas y otras muertes estelares que se desarrollan a lo largo de días o semanas, los eventos más rápidos —aquellos que brillan y se desvanecen en cuestión de horas— han permanecido mayormente invisibles. Estos momentos fugaces están impulsados por una física extrema, que a menudo involucra chorros de materia que se mueven a casi la velocidad de la luz, pero sin un telescopio que pueda observar el cielo de forma continua y tomar fotografías muy rápidamente, estos eventos pasan desapercibidos. El desafío ha sido encontrar una manera de detectar estos destellos de una hora antes de que desaparezcan, una tarea que requiere una combinación única de visión amplia y atención rápida.

Un equipo de astrónomos ha capturado ahora uno de estos elusivos eventos, marcando un cambio significativo en la forma en que observamos el cosmos. Utilizando datos del Satélite de Sondeo de Exoplanetas Tránsitos, conocido como TESS, los investigadores descubrieron un destello brillante de luz en una galaxia distante que apareció, alcanzó su punto máximo y se desvaneció por completo en una sola noche. Este evento, designado como AT 2020afjz, es la primera vez que se descubre una explosión extragaláctica tan rápida sin un aviso previo de un detector de rayos gamma. En lugar de esperar a que un satélite activara una alerta, el equipo utilizó un nuevo proceso de software para filtrar los datos de TESS y encontrar el destello por sí solo. El resultado es un registro detallado de una explosión que duró solo unas dos horas y media en su punto de máxima intensidad, ofreciendo una mirada rara y de alta definición al nacimiento y muerte de un chorro relativista.

El descubrimiento comenzó en noviembre de 2020, cuando el satélite TESS estaba escaneando una zona del cielo en el hemisferio sur. TESS está diseñado para buscar planetas observando las estrellas en busca de diminutas caídas de brillo, pero sus cámaras también son capaces de captar aumentos repentinos de luminosidad. Los investigadores desarrollaron un sistema para procesar las imágenes de fotograma completo del satélite, buscando cualquier cosa que cambiara rápidamente. Encontraron una fuente que aumentó hasta su brillo máximo en aproximadamente una hora y luego se desvaneció, permaneciendo visible durante unas diez horas antes de desaparecer en el fondo. La curva de luz, que rastrea el brillo a lo largo del tiempo, mostró un ascenso lento y un descenso rápido, un patrón que difiere del comportamiento típico de la mayoría de las explosiones cósmicas conocidas.

Para comprender qué causó este destello, el equipo primero tuvo que localizar su hogar. Al comparar la posición del destello con imágenes profundas de otros telescopios, localizaron su origen en una galaxia tenue y distante. Esta galaxia es parte de un par de galaxias en interacción, lo que significa que están lo suficientemente cerca como para atraerse mutuamente con su gravedad. El destello ocurrió cerca de una de estas galaxias, que parece ser un sistema pequeño de formación estelar. La distancia a esta galaxia es vasta; la luz que vemos salió de ella cuando el universo era mucho más joven, lo que corresponde aproximadamente a un corrimiento al rojo de 0.67. El hecho de que el evento ocurriera en una galaxia donde todavía se están formando estrellas respalda la idea de que fue causado por la muerte de una estrella masiva, un escenario que a menudo conduce a poderosos chorros de energía.

La naturaleza de la explosión en sí sigue siendo un enigma con dos posibles soluciones, ambas de las cuales se ajustan igualmente bien a los datos. Los investigadores modelaron la curva de luz utilizando la física que describe cómo los chorros de materia interactúan con el espacio que los rodea. Encontraron que el evento podría explicarse de dos maneras. La primera posibilidad es que la explosión fuera un "resplandor huérfano", lo que significa que el chorro fue disparado en una dirección que no apuntaba directamente a la Tierra. En este escenario, estamos viendo el costado del chorro en lugar de su núcleo, lo que explicaría por qué la luz aumentó lentamente y por qué no se detectó ningún brote de rayos gamma. La segunda posibilidad es que el chorro apuntaba hacia nosotros, pero era "sucio", lo que significa que estaba obstruido por demasiada materia para producir un destello brillante de rayos gamma. En este caso, la explosión sería una "bola de fuego sucia", donde la energía se libera lentamente como un destello óptico brillante sin la firma habitual de alta energía.

Una pieza crítica del rompecabezas falta: el equipo no puede confirmar si realmente se emitieron rayos gamma. El satélite diseñado para detectar estos estallidos de alta energía, Fermi-GBM, estaba bloqueado por la Tierra en el momento exacto en que ocurrió la explosión. Debido a este vacío de cobertura, los investigadores no pueden decir definitivamente si el evento fue un brote de rayos gamma que resultó estar oculto de la vista, o un brote de rayos gamma que nunca ocurrió en absoluto. Esta incertidumbre significa que no pueden elegir entre las explicaciones de "huérfano" y "bola de fuego sucia". Sin embargo, ambos escenarios apuntan a la misma conclusión: el evento fue impulsado por un motor relativista, probablemente el colapso de una estrella masiva, pero se comportó de manera diferente a las explosiones típicas que estamos acostumbrados a ver.

La importancia de este descubrimiento se extiende más allá del evento específico. Demuestra que TESS, un telescopio construido principalmente para encontrar planetas, también puede servir como una herramienta poderosa para encontrar explosiones rápidas y raras en el universo. Al utilizar el nuevo proceso de software para analizar los datos del satélite, el equipo ha demostrado que ahora podemos detectar estos transitorios de una hora sin necesidad de un activador de rayos gamma. Esto abre la puerta para encontrar una nueva población de eventos cósmicos que han estado escondidos a plena vista. Si bien el equipo aún no puede decir exactamente cuántos de estos eventos existen, el descubrimiento de AT 2020afjz sugiere que están ahí fuera, esperando ser encontrados. A medida que el software continúe escaneando más datos de TESS, los astrónomos esperan descubrir más de estos momentos fugaces, proporcionando una imagen más clara de la física más extrema del universo.

El estudio también destaca la importancia del tiempo y la precisión. El destello duró solo 2.4 horas por encima de la mitad de su brillo máximo, una ventana tan corta que habría sido pasada por alto por telescopios que toman imágenes solo una vez al día. La capacidad de resolver el ascenso y la caída del evento con tal detalle permitió a los investigadores modelar la física de la explosión con un alto grado de confianza. Determinaron que la explosión ocurrió en un entorno denso, probablemente una nube de gas y polvo, lo que influyó en cómo la luz viajó hacia nosotros. Esta densidad sugiere que la explosión ocurrió en una región donde las estrellas se están formando activamente, lo cual es consistente con la ubicación de la galaxia anfitriona.

A pesar de la falta de datos de rayos gamma, el evento proporciona un punto de referencia para comprender estos transitorios rápidos. Muestra que no todas las explosiones relativistas lucen iguales, y que algunas pueden detectarse puramente a través de su luz óptica. Los investigadores planean aplicar sus métodos a los datos futuros de TESS, con la esperanza de encontrar más ejemplos y, eventualmente, reconstruir la historia completa de estos eventos silenciosos en rayos gamma. Por ahora, AT 2020afjz es un testimonio del poder de la observación persistente y del valor de mirar el cielo con ojos nuevos, revelando un rincón oculto del universo que anteriormente estaba fuera de nuestro alcance.