Mapa galáctico de fuentes de rayos gamma revela lugares de nacimiento de partículas de alta energía: estudio


En un nuevo catálogo compilado por investigadores, se han identificado nueve fuentes de rayos gamma de energía extremadamente alta. Las nueve fuentes producen rayos gamma con energías superiores a 56 billones de voltios de electrones (TeV), más de ocho veces la energía de los haces de protones más potentes producidos en los aceleradores de partículas en la Tierra, y tres emiten rayos gamma que se extienden a 100 TeV y más allá, haciendo de estas las fuentes de mayor energía jamás observadas en nuestra galaxia. El catálogo ayuda a explicar dónde se originan las partículas y cómo se producen con energías tan extremas.

El catálogo fue compilado por investigadores del Observatorio de Rayos Gamma de High-Altitude Water Cherenkov (HAWC), incluidos nueve físicos de la Universidad de Maryland. “Los rayos gamma de muy alta energía que detectamos son producidos por interacciones de partículas cargadas de energía aún más altas cerca de su fuente”. dijo Jordan Goodman, un distinguido profesor universitario de física en la UMD e investigador principal y portavoz de los Estados Unidos para la colaboración HAWC.

“Las partículas cargadas se doblan en los campos magnéticos de nuestra galaxia y no apuntan a su origen. Los rayos gamma, como la luz, viajan en línea recta, lo que nos permite utilizarlos para mapear las fuentes de emisión de alta energía. HAWC, que es un instrumento de amplio campo de visión, ve el cielo aéreo las 24 horas del día, los 7 días de la semana, lo que nos brinda una exposición profunda para buscar los raros eventos de rayos gamma de alta energía “, agregó Goodman.

El catálogo de fuentes de alta energía fue aceptado para publicación en la revista Physical Review Letters. Se han detectado previamente partículas astrofísicas de mayor energía, pero esta es la primera vez que se han identificado fuentes galácticas específicas para tales partículas de alta energía. Todas las fuentes tienen púlsares extremadamente enérgicos cercanos. El número de fuentes detectadas puede indicar que la emisión de energía ultraalta es una característica genérica de los poderosos vientos de partículas provenientes de púlsares incrustados en nubes de gas interestelar conocidas como nebulosas y que se realizarán más detecciones.

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El Observatorio de Rayos Gamma HAWC consiste en una serie de tanques llenos de agua que se encuentran en lo alto de las laderas del volcán Sierra Negra en Puebla, México, donde la atmósfera es delgada y ofrece mejores condiciones para observar los rayos gamma.

Cuando los rayos gamma golpean las moléculas en la atmósfera, producen lluvias de partículas energéticas. Nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz en el vacío, pero en el agua, la luz se mueve un poco más despacio. Como resultado, algunas partículas en las duchas de rayos cósmicos viajan más rápido que la luz en el agua dentro de los tanques detectores HAWC. Las partículas más rápidas que la luz, a su vez, producen destellos de luz característicos llamados radiación de Cherenkov. Utilizando grabaciones de los flashes de Cherenkov en los tanques de agua HAWC, los investigadores reconstruyen las fuentes de las lluvias de partículas y aprenden sobre las partículas que las causaron.

Los colaboradores de HAWC planean continuar buscando las fuentes de rayos cósmicos de alta energía. Al combinar sus datos con mediciones de otros tipos de observatorios, como neutrinos, rayos X, radiotelescopios y telescopios ópticos, esperan dilucidar los mecanismos astrofísicos que producen los rayos cósmicos que llueven continuamente en nuestro planeta.

Según Kelly Malone, astrofísica del grupo de Ciencia y Tecnología de Neutrones en el Laboratorio Nacional de Los Alamos y miembro de la colaboración científica HAWC, “todavía hay muchas preguntas sin respuesta sobre los orígenes y la aceleración de los rayos cósmicos”.

“Los rayos gamma de alta energía se producen cerca de los sitios de rayos cósmicos y se pueden usar para probar la aceleración de los rayos cósmicos. Sin embargo, existe cierta ambigüedad en el uso de rayos gamma para estudiar esto, ya que los rayos gamma de alta energía también se pueden producir a través de otros mecanismos “, como los fotones de baja energía que se dispersan de los electrones, lo que comúnmente ocurre cerca de los púlsares”, agregó Malone.