¿De dónde provienen los rayos cósmicos de alta energía? El último aliento de una estrella

Los rayos gamma de este remanente de supernova han sido observados por telescopios desde 2007, pero la luz extremadamente energética no descubierto hasta 2020cuando fue tomada por el observatorio HAWC en México, despertando el interés de los científicos en busca de PeVatrones galácticos. Cuando los rayos gamma alcanzan nuestra atmósfera, pueden producir una lluvia de partículas cargadas que pueden medirse con telescopios en tierra. Con datos de HAWC, los científicos pudieron trabajar hacia atrás y determinar que estas lluvias provenían de rayos gamma emitidos por el remanente de supernova. Pero no pudieron decir si la luz fue generada por protones o electrones rápidos, que también pueden emitir rayos gamma, rayos X de baja energía y ondas de radio.

Para demostrar que los protones PeV son los culpables, el equipo de investigación de Fang recopiló datos en una amplia gama de energías y longitudes de onda que habían sido recopilados por 10 observatorios diferentes durante la última década. Luego recurrieron a las simulaciones por computadora. Al variar diferentes valores, como la fuerza de un campo magnético o la densidad de una nube de gas, los investigadores intentaron reproducir las condiciones necesarias para dar cuenta de todas las diferentes longitudes de onda de luz que observaron. Independientemente de lo que corrigieran, los electrones no podían ser los únicos. Sus simulaciones solo coincidirían con los datos de energía más altos si incluyeran protones PeV como fuente de luz adicional.

"Pudimos descartar que esta emisión fuera predominantemente producida por electrones porque el espectro que obtuvimos no coincidía con las observaciones", dijo Henrique Fleischhack, astrónomo de la Universidad Católica de América que intentó por primera vez este análisis hace dos años. años con solo el conjunto de datos HAWC. Realizar un análisis de longitud de onda múltiple fue clave, dice Fleischhack, porque les permitió demostrar, por ejemplo, que aumentar la cantidad de electrones en una longitud de onda generaba una discrepancia entre los datos y la simulación en otra longitud de onda. , "lo que significa que la única forma de explicar el espectro completo de la luz es con la presencia de protones PeV.

"El resultado requiere una atención muy cuidadosa al presupuesto de energía", dijo David Salzberg, astrofísico de la Universidad de California en Los Ángeles, que no participó en el trabajo. "Realmente muestra que se necesitan muchos experimentos y un muchos observatorios, para responder a las grandes preguntas.â€

De cara al futuro, Fang espera que se encuentren más restos de supernovas PeVatrons, lo que les ayudará a comprender si este descubrimiento es único o si todos los cuerpos estelares tienen la capacidad de acelerar partículas a tales velocidades. "Esto podría ser la punta del iceberg", dice. Próximas herramientas como Rejilla del telescopio Cherenkovun observatorio de rayos gamma con más de 100 telescopios instalados en Chile y España podría incluso ubicar a PeVatron fuera de nuestra propia galaxia.

Salzberg también cree que los experimentos de próxima generación deberían ser capaces de ver neutrinos (partículas diminutas y neutras que también pueden ocurrir cuando los piones se desintegran) que llegan de los restos de supernovas en el Polo Sur, sería aún más una prueba irrefutable para demostrar que estos sitios son PeVatrones porque mostraría la presencia de peones. Y Fang está de acuerdo: "Sería fantástico si los telescopios como IceCube pudieran ver los neutrinos directamente desde las fuentes, porque los neutrinos son sondas puras de interacciones de protones, no pueden estar hechos de electrones".

En última instancia, encontrar los PeVatrons de nuestro universo es fundamental para comprender cómo las reliquias de la muerte estelar allanan el camino para el nacimiento de nuevas estrellas y cómo las partículas de mayor energía ayudan a impulsar este ciclo cósmico. Los rayos cósmicos afectan la presión y la temperatura, impulsan los vientos galácticos e ionizan las moléculas en regiones ricas en estrellas como remanentes de supernovas. Algunas de estas estrellas pueden formar sus propios planetas o algún día explotar en supernovas, comenzando el proceso nuevamente.

"Estudiar los rayos cósmicos es casi tan importante para comprender los orígenes de la vida como estudiar exoplanetas o cualquier cosa. Todo es un sistema de energía muy complejo. Y recién ahora lo estamos entendiendo".

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