Un rayo gamma cósmico detectado atravesando la Vía Láctea ha batido el récord de la más enérgica que hemos encontrado hasta ahora, registrando la friolera de 957 billones de electronvoltios (teraelectronvoltios o TeV).
Esto no solo duplica el récord anterior, sino que nos acerca al rango de petaelectronvoltios (eso es un cuatrillón de electronvoltios), lo que finalmente confirma la existencia de supeaceleradores cósmicos que pueden impulsar los fotones a estas energías en la Vía Láctea.
Este supeacelerador se llama PeVatron, y encontrarlos podría ayudarnos a descubrir qué está produciendo los rayos gamma de alta energía que atraviesan la galaxia.
“Este trabajo pionero abre una nueva ventana para la exploración del Universo extremo”, dijo el físico Jing Huang de la Academia de Ciencias de China en China. “La evidencia observacional marca un hito importante hacia la revelación de los orígenes de los rayos cósmicos, que han desconcertado a la humanidad durante más de un siglo”.
La detección fue la más enérgica en un lance de 23 rayos gamma de energía ultra alta detectados por el equipo, por encima del rango de 398 TeV, en ASgamma, una instalación administrada conjuntamente por China y Japón en el Tíbet desde 1990.
Curiosamente, y a diferencia del poseedor del récord anterior, que se remonta a la Nebulosa del Cangrejo, estos 23 rayos gamma no parecían apuntar hacia una fuente, sino que se extendían de manera difusa a través del disco galáctico.
Distribución de los rayos gamma. (HEASARC / LAMBDA / NASA / GFSC)
Arriba: distribución de rayos gamma. El plano galáctico es el resplandor en el medio; las áreas grises están fuera del campo de visión de ASgamma.
Sin embargo, aún podrían decirnos dónde podríamos intentar buscar PeVatrons dentro de la Vía Láctea, lo que, a su vez, podría llevarnos a descubrir finalmente dónde nacen los rayos cósmicos más poderosos del Universo.
Primero, necesitamos establecer una distinción entre rayos cósmicos y rayos gamma. Los rayos cósmicos son partículas como protones y núcleos atómicos que fluyen constantemente por el espacio casi a la velocidad de la luz.
Se cree que los rayos cósmicos de energía ultra alta provienen de fuentes como supernovas y remanentes de supernovas, regiones de formación de estrellasy supermasivo agujeros negros, donde los poderosos campos magnéticos pueden acelerar las partículas. Pero ha sido difícil precisar estas ideas con observaciones porque los rayos cósmicos llevan una carga eléctrica; esto significa que su dirección cambia cuando viajan a través de un campo magnético, con el que la galaxia está absolutamente cargada.
¡Pero! Estas pequeñas partículas poderosas no solo se mueven sin consecuencias. Pueden interactuar con el medio interestelar, gas y polvo que se encuentra en el espacio entre las estrellas, que a su vez produce fotones de rayos gamma de alta energía, con aproximadamente el 10 por ciento de la energía de sus padres de rayos cósmicos.
Esto sucede cerca del PeVatron, y los rayos gamma no tienen carga eléctrica, por lo que simplemente se deslizan directamente a través del espacio de A a B, completamente sin ser molestados por los campos magnéticos.
La matriz de ducha de aire del Tíbet se encuentra a 4.300 m sobre el nivel del mar. (Instituto de Física de Altas Energías)
Si tenemos suerte, B es la Tierra; el rayo gamma choca con nuestra atmósfera, produciendo una cascada de partículas inofensivas. Es esta ducha la que recoge la matriz de ducha de aire de superficie de ASgamma.
Bajo tierra detectores de agua Cherenkov se agregaron en 2014 para detectar los muones producidos por los rayos cósmicos, lo que permite a los científicos aquí en la Tierra extraer los datos de los rayos cósmicos del fondo para detectar y reconstruir de manera más limpia las lluvias de rayos gamma.
Así es como la colaboración detectó su rayo gamma de la Nebulosa del Cangrejo, que batió récords; y ahora, cómo han encontrado sus 23 rayos gamma de energía ultra alta, incluido el rayo gamma de rango PeV, que ha batido aún más récords.
Se agregaron detectores de muones tipo Cherenkov en 2014 (Instituto de Física de Altas Energías).
Su existencia y distribución difusa implica la existencia de protones acelerados hasta quizás incluso el rango de 10 PeV, lo que sugiere PeVatrones ubicuos dispersos por la Vía Láctea, dijeron los investigadores.
El siguiente paso será intentar encontrarlos. Es posible que al menos algunos de ellos estén extintos y ya no estén activos, dejando solo los rayos cósmicos y los rayos gamma como evidencia.
“De PeVatrons muertos, que están extintos como dinosaurios, sólo podemos ver la huella: los rayos cósmicos que produjeron durante unos pocos millones de años, esparcidos por el disco galáctico “. dijo el astrofísico Masato Takita de la Universidad de Tokio en Japón.
“Si podemos localizar PeVatrones activos reales, podemos estudiar muchas más preguntas. ¿Qué tipo de estrella emite nuestros rayos gamma sub-PeV y los rayos cósmicos relacionados? ¿Cómo puede una estrella acelerar los rayos cósmicos hasta energías de PeV? ¿Cómo se propagan los rayos? dentro de nuestro disco galáctico? “
Incluso es posible, como con tantas cosas, que haya más de una respuesta a todas estas preguntas.
Trabajo futuro, tanto de ASgamma como de los próximos detectores, como el Observatorio grande de ducha de aire a gran altitud, la Matriz de telescopios Cherenkov, y el Observatorio sur de rayos gamma de campo amplio, finalmente podría ayudarnos a encontrarlos.
La investigación ha sido publicada en Cartas de revisión física.
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