Los electrones de rayos cósmicos que chocan contra la Tierra son los más poderosos jamás vistos: Heaven32
Los electrones y positrones de rayos cósmicos más potentes jamás detectados chocando contra la atmósfera de la Tierra transportan energías tan altas que sólo pueden provenir de una distancia relativamente cercana, según ha revelado una nueva investigación.
Estamos bastante seguros y protegidos aquí en la superficie de la Tierra, protegidos por una burbuja atmosférica, pero nuestro planeta está bajo constante bombardeo de rayos cósmicos.
No sabemos mucho sobre estas poderosas partículas que se lanzan a través del espacio. Pero un observatorio en el desierto de Namibia nos acerca un poco más a comprender sus orígenes.
El Observatorio HESS ha detectado electrones y positrones con energías de hasta 40 teraelectronvoltios. En conjunto, estos se conocen como electrones de rayos cósmicos o CRe.
Son extremadamente raros, pero su energía sugiere que todos emanaron del mismo rincón de la Vía Láctea que el Sistema Solar, y posiblemente incluso de la misma fuente.
Pasará un tiempo hasta que sepamos de dónde vinieron, si es que alguna vez lo sabemos, pero la escasez de candidatos dentro del volumen de espacio especificado puede reducirlo un poco.
“Este es un resultado importante”, explica la astrofísica Kathrin Egberts
Los CRe representan una proporción muy pequeña de todas las partículas de rayos cósmicos y se cree que emergen de objetos extremos en el espacio, como restos de supernovas, las inmediaciones de agujeros negros y estrellas ultradensas como los púlsares. Los científicos creen que estos objetos aceleran las partículas de rayos cósmicos a altas energías y las envían a toda velocidad a través del Universo.
Cuando chocan contra la atmósfera de la Tierra, viajan, brevemente, un poco más rápido que la velocidad de la luz en el volumen atmosférico. Esto crea un fenómeno llamado Radiación Cherenkov – el equivalente luminal de un boom sónico. Esta radiación es muy débil; y es esta débil radiación de Cherenkov la que HESS fue diseñado para detectar.
No son sólo las CRe las que causan este fenómeno en la atmósfera. Los rayos gamma crean un efecto similar. Esto hace que la identificación de CRe sea algo desafiante.
“Los CRe son electrones, por lo tanto partículas cargadas que forman materia, mientras que los rayos gamma son fotones, es decir, luz”, dijo a Heaven32 el astrónomo Mathieu de Naurois del Centro Nacional Francés de Investigación Científica.
“Los rayos gamma viajan rectos en el Universo, lo que nos permite identificar sus fuentes, mientras que los electrones tienen trayectorias caóticas, ya que interactúan con el campo magnético. Ambos producen lluvias o partículas electromagnéticas cuando entran en la atmósfera, y son muy difíciles de distinguir de entre sí.”
Para identificar CRe de alta energía, los investigadores tuvieron que analizar minuciosamente los datos de HESS e identificar candidatos a CRe. Su lista final de eventos candidatos probablemente también incluya algunos rayos gamma; pero el conjunto es lo suficientemente grande como para sacar algunas inferencias estadísticas.
Las energías varían hasta 40 teraelectronvoltios, más poderosas que cualquier CRe que hayamos detectado en la Tierra hasta la fecha.
Las detecciones de CRe con energías superiores a un teraelectronvoltio son muy raras. Esto se debe a que, a medida que se mueven por el espacio, pierden energía rápidamente.
“En la radiación sincrotrón, las partículas cargadas interactúan con el campo galáctico interestelar. Adoptan una trayectoria en espiral alrededor de las líneas del campo magnético e irradian radiación electromagnética, desde radio hasta rayos X. Al hacerlo, pierden energía”, de Naurois dicho.
“En la llamada ‘Dispersión Compton Inversa’, una partícula cargada interactúa con la luz ambiental. Interactúan con un fotón de baja energía y le dan la mayor parte de su energía. El proceso se llama ‘Compton Inverso’ porque es al revés. de la dispersión Compton, en la que un fotón de alta energía dispersa un electrón del medio y lo eleva a alta energía”.
Dado que el CRe pierde energía tan rápidamente, los eventos candidatos deben haber viajado desde el espacio cercano para seguir siendo tan poderosos cuando lleguen a la Tierra. No podemos rastrearlos hasta una fuente; sus trayectorias son demasiado impredecibles; pero hay algo más en sus energías que puede ser una pista. Hay un punto de corte inferior distinto en 1,17 teraelectronvoltios.
“El hecho de que el cambio de pendiente sea brusco indica que son sólo un puñado de fuentes cósmicas, si no sólo una, las que producen estos electrones”, explicó de Naurois.
“De lo contrario, el espectro de energía sería la superposición de las contribuciones de diferentes fuentes con interrupciones en diferentes energías, lo que daría como resultado una curva mucho más suave”.
Debido a que el volumen de espacio del que podrían haber surgido estas CRe es tan pequeño, eso significa que el conjunto de fuentes potenciales también es pequeño. Los candidatos incluyen un remanente de supernova llamado Anillo Monogema; una estrella moribunda del tipo Wolf-Rayet llamada do2 de los velos; o un púlsar como vela o Geminga.
Pero también es posible que la fuente sea un remanente de supernova tan antiguo que se haya disipado y desaparecido de la vista. Simplemente no tenemos forma de saberlo en este momento.
Sin embargo, este extraordinario trabajo nos acerca un paso más a la comprensión de cómo se energiza el Universo. El equipo planea investigar más a fondo para ver si pueden identificar una dirección preferida desde la que llegue el CRe.
Va a ser complicado, pero las recompensas potenciales son altas y el mayor grupo de candidatos será invaluable para el estudio de CRe en el futuro.
“Nuestra medición no sólo proporciona datos en un rango energético crucial y previamente inexplorado, lo que afecta nuestra comprensión del vecindario local, sino que también es probable que siga siendo un punto de referencia para los próximos años”. de Naurois dice.
La investigación ha sido publicada en Cartas de revisión física.