By: Paul Sutter
Y es una fuente bastante sorprendente.
Paul M. Sutter es astrofísico en SUNY Stony Brook y el Instituto Flatiron, presentador de Ask a Spaceman y Space Radio , y autor de How to Die in Space . Contribuyó con este artículo a Expert Voices: Opinions and Insights de Space.com.
Los astrónomos se han preguntado durante mucho tiempo de dónde provienen los rayos cósmicos de alta energía dentro de nuestra galaxia.
Y ahora, nuevas observaciones con el observatorio del Experimento Cherenkov de agua a gran altitud (HAWC) revelan un candidato poco probable: una nube molecular gigante por lo demás mundana.
Tomando la rodilla
Los rayos cósmicos no son rayos en absoluto, sino partículas diminutas que atraviesan el universo casi a la velocidad de la luz. Pueden estar hechos de electrones, protones o incluso iones de elementos más pesados. Se crean en todo tipo de procesos de alta energía en todo el cosmos, desde explosiones de supernovas hasta la fusión de estrellas y los últimos momentos de locura en los que el gas es absorbido por un agujero negro.
Los rayos cósmicos vienen en todo tipo de energías y, en general, los rayos cósmicos de mayor energía son más raros que sus parientes de baja energía. Esta relación cambia de una manera muy leve a una energía particular – 10 ^ 15 electronvoltios – que se llama “rodilla”. El electrón-voltio, o eV, es simplemente la forma en que los físicos de partículas disfrutan midiendo los niveles de energía. A modo de comparación, el colisionador de partículas más poderoso de la Tierra, el Gran Colisionador de Hadrones , puede alcanzar 13 X 10 ^ 12 eV, que a menudo se denota como 13 tera electronvoltios, o 13 TeV.
Por encima de una energía de 10 ^ 15 eV, los rayos cósmicos son mucho más raros de lo que cabría esperar. Esto ha llevado a los astrónomos a creer que cualquier rayo cósmico a este nivel de energía y superior proviene del exterior de la galaxia, mientras que los procesos dentro de la Vía Láctea son capaces de producir rayos cósmicos de hasta 10 ^ 15 eV inclusive.
Para aquellos de ustedes que llevan la cuenta en casa, lo que sea que esté creando estos rayos cósmicos estaría en el rango “peta” de los prefijos griegos y, por lo tanto, más de 1,000 veces más poderosos que nuestros mejores aceleradores de partículas: “PeVatrones” naturales que deambulan por la galaxia.
Un detective halcón
La misión es simple: encontrar la fuente de rayos cósmicos de escala PeV en la Vía Láctea. Pero a pesar de sus energías, es difícil precisar sus orígenes. Eso es porque los rayos cósmicos están hechos de partículas cargadas y las partículas cargadas que viajan a través del espacio interestelar responden al campo magnético de nuestra galaxia. Por lo tanto, cuando ve un rayo cósmico de alta energía proveniente de una dirección particular en el cielo, en realidad no tiene idea de dónde vino realmente: su camino se ha doblado y curvado en el transcurso de su viaje a la Tierra.
Pero en lugar de buscar rayos cósmicos directamente, podemos buscar a algunos de sus parientes. Cuando los rayos cósmicos golpean accidentalmente una nube de gas interestelar, pueden emitir rayos gamma, una forma de radiación de alta energía. Estos rayos gamma disparan en línea recta a través de la galaxia, lo que nos permite identificar directamente sus orígenes.
Entonces, si vemos una fuente de fuerte emisión de rayos gamma, podemos buscar fuentes cercanas de rayos cósmicos PeV.
Este fue el método empleado por un equipo de investigadores que utilizó HAWC, que se encuentra en el volcán Sierra Negra del centro-sur de México. HAWC “mira” al cielo con una serie de tanques llenos de agua ultrapura. Cuando las partículas de alta energía o la radiación ingresan a los tanques, emiten un destello de luz azul, lo que permite a los astrónomos rastrear la fuente hasta el cielo.
Detallado en un artículo que apareció recientemente en la revista preimpresa arXiv , los astrónomos encontraron una fuente de rayos gamma que exceden los 200 TeV, que solo podrían ser creados por rayos cósmicos aún más poderosos, los tipos de rayos cósmicos que alcanzan la escala PeV. La fuente, llamada HAWC J1825-134, se encuentra aproximadamente en la dirección del centro galáctico. HAWC J1825-134 nos aparece como una mancha brillante de rayos gamma, iluminada por alguna fuente desconocida de rayos cósmicos, quizás la fuente conocida más poderosa de rayos cósmicos en la Vía Láctea.
Un peso pesado improbable
Algunas de las fuentes sospechosas habituales de rayos cósmicos de alta energía se encuentran a unos pocos miles de años luz de HAWC J1825-134, pero ninguna de ellas puede explicar fácilmente la señal.
Por ejemplo, el propio centro galáctico es un conocido generador de intensa acción de rayos cósmicos, pero está demasiado lejos de HAWC J1825-134, por lo que no influye en esta medición.
Hay algunos remanentes de supernovas, y las supernovas ciertamente son poderosas. Pero todas las supernovas en la región de HAWC J1825-134 estallaron hace siglos, demasiado tiempo en el pasado para crear estos rayos cósmicos de alta energía ahora.
Los púlsares, los densos núcleos remanentes de estrellas masivas que giran rápidamente, también producen grandes cantidades de rayos cósmicos. Pero esos también se sientan demasiado lejos de la fuente de rayos gamma: las energías de los electrones y protones que salen del púlsar simplemente no son lo suficientemente impactantes como para viajar miles de años luz hasta la ubicación de la emisión de rayos gamma.
Sorprendentemente, la fuente de estos rayos cósmicos que batieron récords parece no ser otra que una nube molecular gigante. Estas nubes son brutos gigantes y pesados, llenos de polvo y gas, que deambulan por la galaxia. Ocasionalmente se contraen sobre sí mismos y se convierten en estrellas, pero de lo contrario pueden permanecer fríos y sueltos durante miles de millones de años. Sin causar a nadie ninguna amenaza seria, y apenas perceptible a menos que tenga buenos telescopios infrarrojos, son el último lugar donde esperaría encontrar energías tan increíblemente altas.
Dentro del complejo de nubes hay un cúmulo de estrellas recién nacidas, pero ni siquiera las estrellas bebés más ruidosas y ruidosas son lo suficientemente poderosas como para lanzar rayos cósmicos como este. Los propios investigadores admiten que no saben cómo lo está haciendo esta nube, pero de alguna manera, cuando nadie estaba prestando atención, generó algunas de las partículas más poderosas de toda la galaxia.
