¿Qué acelera los rayos cósmicos a casi la velocidad de la luz? Los astrónomos han reflexionado sobre esa pregunta durante casi 100 años, y ahora nuevas pruebas respaldan una teoría sostenida durante dos décadas de que los rayos cósmicos probablemente son impulsados por estrellas en explosión y vientos estelares. "Este descubrimiento ha sido predicho por casi 20 años, pero hasta ahora ningún instrumento era lo suficientemente sensible como para verlo", dijo Wystan Benbow, astrofísico del Observatorio Astrofísico Smithsoniano que coordinó este proyecto para el Sistema de matriz de telescopio de imágenes de radiación muy enérgico (VERITAS ) colaboración.
Hace casi 100 años, los científicos detectaron los primeros signos de rayos cósmicos, que en realidad no son rayos o haces, sino partículas subatómicas (principalmente protones) que atraviesan el espacio a casi la velocidad de la luz. Los rayos cósmicos más enérgicos golpean con el golpe de una bola rápida de 98 mph, a pesar de que son más pequeños que un átomo. Los astrónomos cuestionaron qué fuerza natural podría acelerar las partículas a tal velocidad.
Los rayos cósmicos más raros transportan más de 100 mil millones de veces la energía generada por cualquier acelerador de partículas en la Tierra. Los astrónomos han ideado métodos ingeniosos para detectar los rayos cósmicos que golpean la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, detectar rayos cósmicos a distancia requiere mucho más esfuerzo.
VERITAS ha encontrado nueva evidencia de rayos cósmicos en la "Galaxia del cigarro", también conocida como Messier 82 (M82), que se encuentra a 12 millones de años luz de la Tierra en dirección a la constelación de la Osa Mayor, que apoya firmemente a la antigua La teoría de que las supernovas y los vientos estelares de las estrellas masivas son los aceleradores dominantes de las partículas de rayos cósmicos.
Las galaxias con altos niveles de formación de estrellas como M82, también conocidas como galaxias de "explosión de estrellas", tienen un gran número de supernovas y estrellas masivas. Si la teoría es válida, las galaxias de estallido estelar deberían contener más rayos cósmicos que las galaxias normales. El descubrimiento de VERITAS confirma esa expectativa, lo que indica que la densidad de rayos cósmicos en M82 es aproximadamente 500 veces la densidad promedio en nuestra galaxia, la Vía Láctea.
"Este descubrimiento proporciona información fundamental sobre el origen de los rayos cósmicos", dijo Rene Ong, profesor de física en la Universidad de California, Los Ángeles, y el portavoz de la colaboración VERITAS.
Usando rayos gamma para inferir rayos cósmicos
VERITAS no pudo detectar los rayos cósmicos de M82 directamente porque están atrapados dentro de la galaxia del cigarro. En cambio, VERITAS buscó pistas sobre la presencia de rayos cósmicos: rayos gamma. Los rayos gamma son la forma de luz más energética, mucho más poderosa que la luz ultravioleta o incluso los rayos X. Cuando los rayos cósmicos interactúan con el gas interestelar y la radiación dentro de M82, producen rayos gamma, que luego pueden escapar de su galaxia local y llegar a los detectores terrestres.
Se necesitaron dos años de recopilación de datos dedicada para detectar la débil señal proveniente de M82.
“Sabíamos que la detección de M82 tendría importantes implicaciones científicas. Como resultado, programamos una exposición excepcionalmente larga inmediatamente después de que el experimento se volviera completamente operativo ", dijo Benbow. “Los datos debían analizarse meticulosamente para extraer la señal de rayos gamma, que es un millón de veces más pequeña que el ruido de fondo. Aunque la señal es solo una pequeña fracción de los datos, realizamos muchas verificaciones para detectar posibles sesgos y estamos seguros de que la señal es genuina ”.
"La detección de M82 indica que el universo está lleno de aceleradores de partículas naturales, y a medida que los observatorios de rayos gamma terrestres continúan mejorando, los descubrimientos adicionales son inevitables". dijo Martin Pohl, profesor de física en la Universidad Estatal de Iowa que ayudó a dirigir el estudio. Ya se está desarrollando un observatorio de rayos gamma VHE de próxima generación, el Sistema Avanzado de Imágenes de Rayos Gamma (AGIS).
VERITAS es operado por una colaboración de más de 100 científicos de 22 instituciones diferentes en los Estados Unidos, Irlanda, Inglaterra y Canadá. Haga clic aquí para obtener más información sobre VERITAS.
Título de la imagen principal: Un compuesto de imágenes de múltiples longitudes de onda de la galaxia activa M82 de Hubble, Chandra y Spitzer. Crédito: NASA, ESA, CXC y JPL-Caltech
Fuente: Centro Harvard Smithsonian de Astrofísica
