Los astrónomos creen que finalmente conocen la fuente de los rayos cósmicos de la Vía Láctea

Hace aproximadamente un siglo, los científicos comenzaron a darse cuenta de que parte de la radiación que detectamos en la atmósfera terrestre no es de origen local.

Esto finalmente dio lugar al descubrimiento de rayos cósmicos, protones de alta energía y núcleos atómicos que han sido despojados de sus electrones y acelerados a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz).

Sin embargo, todavía existen varios misterios en torno a este extraño (y potencialmente letal) fenómeno.

Esto incluye preguntas sobre sus orígenes y cómo el componente principal de los rayos cósmicos (protones) se acelera a una velocidad tan alta.

Gracias a una nueva investigación realizada por la Universidad de Nagoya, los científicos han cuantificado por primera vez la cantidad de rayos cósmicos producidos en un remanente de supernova.

Esta investigación ha ayudado a resolver un misterio de 100 años de antigüedad y es un paso importante para determinar de dónde provienen los rayos cósmicos.

Mientras que los científicos teorizan que los rayos cósmicos provienen de muchas fuentes: nuestro Sol, supernovas, estallidos de rayos gamma (GRB) y Núcleos galácticos activos (también conocido como quasar): su origen exacto ha sido un misterio desde que fueron descubiertos por primera vez en 1912.

De manera similar, los astrónomos han teorizado que los remanentes de supernovas (las secuelas de las explosiones de supernovas) son responsables de su aceleración hasta casi la velocidad de la luz.

A medida que viajan a través de nuestra galaxia, los rayos cósmicos juegan un papel en la evolución química del medio interestelar (ISM). Por lo tanto, comprender su origen es fundamental para comprender cómo evolucionan las galaxias.

En los últimos años, las observaciones mejoradas han llevado a algunos científicos a especular que los remanentes de supernova dan lugar a rayos cósmicos porque los protones acelerados interactúan con los protones en el ISM para crear rayos gamma de energía ultra alta (VHE).

Sin embargo, los rayos gamma también son producidos por electrones que interactúan con fotones en el ISM, que pueden ser en forma de fotones infrarrojos o radiación del Fondo de microondas cósmico (CMB). Por lo tanto, determinar qué fuente es mayor es crucial para determinar el origen de los rayos cósmicos.

Con la esperanza de arrojar algo de luz sobre esto, el equipo de investigación, que incluía a miembros de la Universidad de Nagoya, el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y la Universidad de Adelaide, Australia, observaron el remanente de supernova RX J1713.7? 3946 (RX J1713).

La clave de su investigación fue el nuevo enfoque que desarrollaron para cuantificar la fuente de rayos gamma en el espacio interestelar.

Las observaciones anteriores han demostrado que la intensidad de los rayos gamma VHE causados ​​por la colisión de protones con otros protones en el ISM es proporcional a la densidad del gas interestelar, que se puede distinguir mediante imágenes de línea de radio.

Por otro lado, también se espera que los rayos gamma causados ​​por la interacción de electrones con fotones en el ISM sean proporcionales a la intensidad de los rayos X no térmicos provenientes de los electrones.

Para su estudio, el equipo se basó en datos obtenidos del Sistema Estereoscópico de Alta Energía (HESS), un observatorio de rayos gamma VHE ubicado en Namibia (y operado por el Instituto Max Planck de Física Nuclear).

Luego combinaron estos datos con datos de rayos X obtenidos del observatorio de rayos X de la Misión Multi-Espejo (XMM-Newton) de la ESA y datos sobre la distribución de gas en el medio interestelar.

Luego combinaron los tres conjuntos de datos y determinaron que los protones representan el 67 ± 8 por ciento de los rayos cósmicos, mientras que los electrones de los rayos cósmicos representan el 33 ± 8 por ciento, aproximadamente 70/30.

Estos hallazgos son innovadores ya que son la primera vez que se cuantifican los posibles orígenes de los rayos cósmicos. También constituyen la evidencia más definitiva hasta la fecha de que los remanentes de supernovas son la fuente de rayos cósmicos.

Estos resultados también muestran que los rayos gamma de protones son más comunes en las regiones interestelares ricas en gas, mientras que los causados ​​por los electrones aumentan en las regiones pobres en gas.

Esto respalda lo que muchos investigadores han predicho, que es que los dos mecanismos trabajan juntos para influir en la evolución del ISM.

Ella dijo El profesor emérito Yasuo Fukui, quien fue el autor principal del estudio: «Este nuevo método no podría haberse logrado sin colaboraciones internacionales. [It] se aplicará a más remanentes de supernovas utilizando el telescopio de rayos gamma CTA (Cherenkov Telescope Array) de próxima generación, además de los observatorios existentes, lo que avanzará enormemente en el estudio del origen de los rayos cósmicos «.

Además de liderar este proyecto, Fukui ha estado trabajando para cuantificar la distribución de gas interestelar desde 2003 utilizando el NANTEN radiotelescopio al Observatorio Las Campanas en Chile y en Serie compacta de telescopios australianos.

Gracias al profesor Gavin Rowell y a la Dra. Sabrina Einecke de la Universidad de Adelaide (coautores del estudio) y al equipo de HESS, la resolución espacial y la sensibilidad de los observadores de rayos gamma finalmente han alcanzado el punto en el que se pueden hacer comparaciones entre los dos. .

Mientras tanto, el coautor de NAOJ, el Dr. Hidetoshi Sano, realizó un análisis de conjuntos de datos de archivo del observatorio XMM-Newton. En este sentido, este estudio también muestra cómo las colaboraciones internacionales y el intercambio de datos están permitiendo todo tipo de investigación de vanguardia.

¡Junto con herramientas mejoradas, métodos mejorados y más oportunidades de cooperación están conduciendo a una era en la que los avances astronómicos se están convirtiendo en algo habitual!

Este artículo fue publicado originalmente por Universo hoy. Leer el artículo original.