Astrónomos que utilizan el Karl G. Jansky Very Large Array han detectado por primera vez emisión de radio polarizada en el resplandor residual de un estallido de rayos gamma en longitudes de onda centimétricas, y han medido la rotación de esa polarización en lo que describen como la primera detección de rotación de Faraday en el entorno de un estallido. El trabajo, enviado a Astrophysical Journal Letters y publicado en arXiv el 30 de abril, está dirigido por Collin T. Christy, de la Universidad de Arizona, con colegas de la Universidad de Utah y otras instituciones.
El estallido, designado GRB 260310A, activó el Fermi Gamma-ray Burst Monitor a las 04:57 UT del 10 de marzo de 2026. Su emisión inicial duró unos 60 segundos, lo que lo sitúa en la clase de estallidos de larga duración producidos por el colapso de estrellas masivas. Esa interpretación recibió apoyo de un componente de supernova emergente, designado SN 2026fgk, detectado en el seguimiento óptico posterior. Con un corrimiento al rojo de 0,153, a unos 745 megaparsecs (unos 2,4 mil millones de años luz) de distancia, el estallido se encuentra en las afueras de su galaxia anfitriona y produjo lo que el equipo califica como uno de los resplandores residuales de radio más brillantes vistos en décadas.
El equipo observó el resplandor residual con el VLA el 29 de marzo, 19,2 días después de la activación, en una observación de tres horas que cubrió las bandas X, Ku y K. Detectaron emisión con polarización lineal entre 11 y 25 gigahercios. La fracción de polarización, la proporción de la emisión cuyo campo eléctrico oscila en una dirección preferente, disminuyó de forma monótona con la frecuencia, desde (3,18 ± 0,18) por ciento a 25 GHz hasta (0,69 ± 0,22) por ciento a 11 GHz. A 9 GHz la señal cayó por debajo del umbral de detección del 0,6 por ciento a 3 sigma.
Los autores interpretan la emisión de radio como dominada por un choque inverso, la onda que recorre hacia atrás el material del chorro expulsado por el colapso, en un chorro con estructura angular. La disminución de la fracción de polarización hacia frecuencias más bajas es coherente con la autoabsorción sincrotrónica, en la que la región emisora se vuelve opaca a su propia radiación, con una frecuencia de autoabsorción de unos (13,3 ± 0,5) GHz que coincide con el pico del espectro de intensidad total.
La polarización medida a altas frecuencias es baja en comparación con el máximo teórico de aproximadamente el 72 por ciento para la radiación sincrotrónica en un campo magnético ordenado. El equipo modela esto como emisión procedente de muchos parches pequeños de material magnetizado del chorro cuyas direcciones de campo no están alineadas, e infiere una escala de coherencia del campo magnético de aproximadamente una centésima de radián, con del orden de 500 parches independientes que contribuyen. Esa escala de coherencia es un orden de magnitud mayor que el valor de aproximadamente una milésima de radián inferido de la detección previa con ALMA de una polarización milimétrica de aproximadamente el 1 por ciento en GRB 190114C, la primera detección polarizada del resplandor residual de un estallido en el régimen de radio.
El segundo resultado es la rotación del ángulo de polarización con la frecuencia, la firma de la rotación de Faraday. El equipo mide una medida de rotación de -(6.250 ± 70) radianes por metro cuadrado en el marco del observador, o -(8.300 ± 90) radianes por metro cuadrado corregida al marco de reposo del estallido. La rotación de Faraday tuerce el ángulo de polarización cuando las ondas de radio atraviesan un plasma magnetizado, y la magnitud del efecto codifica la intensidad del campo magnético y la densidad de electrones a lo largo de la línea de visión.
Las contribuciones de la Vía Láctea y del medio intergaláctico a lo largo de esta línea de visión se estiman en aproximadamente 10 radianes por metro cuadrado, dos órdenes de magnitud por debajo del valor medido, por lo que los autores concluyen que la rotación se origina cerca del propio estallido. Una pantalla de Faraday asociada al medio circunestelar perturbado por el choque produciría solo unos 3 radianes por metro cuadrado, una cifra demasiado pequeña. En cambio, consideran que la medida de rotación observada es coherente con la propagación a través de una región densa y magnetizada de hidrógeno ionizado alrededor de la estrella progenitora, una región HII del tipo en el que se piensa que se forman los estallidos de larga duración. Los modelos de los resplandores residuales de rayos X de los estallidos largos han situado a sus progenitores dentro de regiones fotoionizadas que abarcan aproximadamente de 5 a 100 parsecs, con densidades de electrones libres de 100 a 10.000 por centímetro cúbico, y las mediciones del campo magnético de las regiones HII galácticas van de aproximadamente 1 a 100 microgauss. Las medidas de rotación esperadas en esos entornos abarcan aproximadamente de 400 a 80 millones de radianes por metro cuadrado, lo que cubre con holgura el valor medido.
La interpretación de la región HII es coherente con un progenitor de estrella masiva para GRB 260310A, pero los autores son prudentes sobre lo que establece una única medición. La polarimetría óptica del estallido a los 2,89 días de la activación devolvió solo un límite superior del 1,5 por ciento, lo que, señalan, se explica de forma natural si la emisión óptica en ese momento procedía del choque directo débilmente polarizado y no del choque inverso. También advierten de que, si la medida de rotación la produce una región HII, debería permanecer constante en el tiempo, una predicción que el futuro monitoreo polarimétrico multifrecuencia durante días o semanas podría poner a prueba, junto con el aumento previsto de la polarización por debajo de la frecuencia de autoabsorción y una rotación de 90 grados del ángulo de polarización a través de ella.
Los resultados demuestran que los resplandores residuales de los estallidos de rayos gamma presentan una polarización medible en longitudes de onda centimétricas, y que la polarización transporta información tanto sobre la estructura del campo magnético dentro del chorro como sobre el medio magnetizado a través del cual pasa la emisión. La cuestión abierta que, según el equipo, las observaciones futuras pueden responder es si la rotación de Faraday permanece constante, como predice el escenario de la región HII.
Traducido por Alessandra
Fuentes
1. Christy et al., “First Detection of Faraday Rotation in a Gamma-Ray Burst Afterglow: Low Polarization and High Rotation Measure in GRB 260310A Reveal Jet Magnetic Structure and Environment,” arXiv:2604.27480: https://arxiv.org/abs/2604.27480
2. Universe Today, “Radio Array Detects Polarized Light From a GRB”: https://www.universetoday.com/articles/radio-array-detects-polarized-light-from-a-grb
3. NRAO, “Astronomers Detect Magnetic Fingerprint of a Cosmic Explosion for the First Time”: https://public.nrao.edu/news/gamma-ray-burst-vla/