La emisión de los brotes de rayos gamma (GRB) se aproxima por una suma de leyes de potencia. En algunos se observan líneas de absorción y de emisión, pero con baja significación (menor de cinco sigmas). Se publica en la revista Science la primera observación a más de seis sigmas de una línea de emisión a unos 10 MeV en el brote de rayos gamma GRB 221009A (observado el 9 de octubre de 2022 por el telescopio espacial Fermi). Emitido desde una galaxia a z = 0.151, se estima su energía en 10⁵⁵ erg (ergios), con una luminosidad pico en 10⁵⁴ erg/s (ergios por segundo). La línea espectral a ~10 MeV solo se observa entre 280 y 320 segundos en este largo brote que duró 460 segundos con energías entre 8 keV y 40 MeV; en la figura se muestra el espectro energético entre 290 y 295 s (izquierda) y entre 300 y 320 s (derecha). La significación local es de 6.2 sigmas entre 280 y 300 s y de 11 sigmas entre 300 y 320 s, siendo de 13 sigmas entre 280 y 320 s. La energía del pico decrece entre 280 y 320 segundos desde 12.56 ± 0.30 MeV hasta 6.20 ± 0.67 MeV. Se interpreta la línea como resultado de la aniquilación de pares electrón-positrón, producto de la interacción entre pares de fotones. Futuros estudios tendrán que confirmar esta interpretación.

Los GRB largos son resultado del colapso de una estrella masiva para dar lugar a un agujero negro; la energía rotacional conduce a la formación de un chorro ultrarrelativista, que observamos cuando apunta hacia la Tierra. En el artículo se ofrecen varias posibles explicaciones de la línea observada, pero se descartan todas salvo una, pares de fotones de alta energía que se aniquilarían dando lugar a pares electrón-positrón, que a su vez se aniquilarían dando lugar a la emisión observada. Para que la línea se observe a ∼ 10 MeV se requiere que la aniquilación ocurra en la región del chorro donde el factor de Lorentz es moderado, γ ∼ 20, a una distancia radial r ∼ 10¹⁵ cm del agujero negro que es motor del chorro. Para la energía de GRB 221009A se estima un valor mínimo de γ ≳ 100 (se ha llegado a estimar entre 200 y 1000 en otros artículos). Se sugiere que en ciertas regiones y de forma temporal podrían aparecer «grumos» lentos en el chorro con γ ∼ 20, necesarios para explicar la línea observada. Estos «grumos» podrían estar relacionados con la propagación de ondas de choque rápidas que atravesaran regiones más lentas.

Observar esta línea espectral en un GRB es muy interesante. Pero, como ya he comentado, se requieren estudios más detallados para confirmar que su origen sea la antimateria en el chorro(como han proclamado la mayoría de los medios que se han hecho eco de esta noticia). El artículo es Maria Edvige Ravasio, Om Sharan Salafia, …, Gabriele Ghisellini, «A mega–electron volt emission line in the spectrum of a gamma-ray burst,» Science 385: 452-455 (25 Jul 2024), doi: https://doi.org/10.1126/science.adj3638, arXiv:2303.16223 [astro-ph.HE] (28 Mar 2023). En Science este artículo fue recibido el 23 de junio de 2023, pero no fue aceptado hasta el 14 de junio de 2024; todo apunta a una revisión por pares complicada, quizás debido a que la hipótesis propuesta para el origen de la línea es bastante floja.