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Potentes aceleradores de partículas flotan por la Vía Láctea

La Vía Láctea contiene potentes aceleradores de partículas cósmicas llamados PeVatrones: generan rayos gamma con una potencia sin precedentes que están esparcidos por toda la galaxia produciendo espectaculares resplandores.

Un enorme complejo de telescopios en el Tíbet ha descubierto 23 rayos gamma de una energía ultra alta sin precedentes, que están esparcidos por la Vía Láctea produciendo espectaculares resplandores.

Esos rayos gamma proceden de las regiones de la Vía Láctea donde se concentra la mayor cantidad de estrellas y planetas (disco galáctico) y contienen energías entre aproximadamente 0,1 y 1 PeV.

La energía más alta observada en algunos de ellos es de casi 1 PeV (1015 eV), un registro que representa un récord mundial de fotones de rayos gamma detectados en cualquier lugar.

El electronvoltio (eV) es una unidad de energía que representa la variación de energía que experimenta un electrón al moverse de un punto a otro.

En física de altas energías se usan múltiplos del eV, como el megaelectronvoltio (MeV ó 106 eV) o el gigaelectronvoltio (GeV ó 109 eV).  En los aceleradores de partículas, como el gran colisionador de hadrones (LHC), se han alcanzado hasta 14 teraelectronsvoltios (un TeV equivale a 1012 eV).

En el universo, los aceleradores de energía son todavía más potentes, pero los rayos gamma detectados ahora poseen tres órdenes de magnitud mayor que cualquier rayo gamma conocido inducido por rayos cósmicos, o cualquier partícula que los humanos hayan acelerado en laboratorios de última generación en la Tierra, destacan los investigadores en un comunicado.

Añaden que este descubrimiento demuestra que en nuestra galaxia hay potentes aceleradores de energía que no habían sido detectados hasta ahora: están flotando a lo largo y ancho de la Vía Láctea desde hace millones de años. Los resultados de esta investigación se publican hoy en la revista Physical Review Letters.

Origen de los rayos gamma

Los científicos creen que estos rayos gamma son producidos por la interacción nuclear entre los rayos cósmicos que escapan de las fuentes galácticas más poderosas y el gas interestelar distribuido por la galaxia Vía Láctea.

Los rayos cósmicos son partículas altamente energéticas, en su mayoría protones, que viajan a través del espacio. A medida que viajan a través del gas del medio interestelar, algunos de los rayos cósmicos interactúan y emiten rayos gamma: a diferencia de los rayos cósmicos, no sufren deflexiones magnéticas y, por tanto, es posible rastrear su origen.

El origen de los rayos cósmicos ha desconcertado a la humanidad desde hace más de un siglo, particularmente la procedencia de los rayos gamma que están por encima de los 100 TeV.

Los astrónomos han supuesto que proceden de aceleradores cósmicos conocidos como PeVatrones, porque son capaces de arrojar rayos cósmicos con una energía de hasta un petaelectrónvoltio (PeV).

Esos posibles PeVatrones incluyen explosiones de supernovas, regiones de formación de estrellas y el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia, pero como tales no habían sido detectados hasta ahora.

El nuevo estudio ha obtenido la primera evidencia de su existencia: los rayos cósmicos han dejado claros rastros de la procedencia de los brillantes rayos gamma esparcidos por la galaxia, un descubrimiento largamente esperado durante décadas.

¿Vivos o muertos?

Lo que los investigadores no saben todavía es si esos PeVatrones están activos o muertos. Si estuvieran muertos, los rayos cósmicos detectados ahora serían la huella de un fenómeno que tuvo lugar hace unos pocos millones de años.

Pero si algunos de los PeVatrones identificados ahora están todavía activos, los astrónomos podrían descubrir qué tipo de estrella emite los rayos gamma de ultra alta energía, cómo consigue semejante aceleración y cómo se propagan esos rayos por el entorno galáctico.

El descubrimiento ha sido obtenido en el experimento Tibet ASγ, un proyecto de investigación conjunto entre China y Japón para observar rayos cósmicos.

Como el experimento se ha producido en el Tibet, a 4.300 metros sobre el nivel del mar, los investigadores planean buscar huellas de PeVatron en el hemisferio sur y confirmar los resultados de rayos gamma utilizando detectores de neutrinos en la Antártida y más allá.

La investigación también podría resultar útil en la búsqueda de materia oscura porque abre una nueva ventana para la exploración del universo extremo, concluyen los investigadores.

Referencia

First detection of sub-PeV diffuse gamma rays from the Galactic disk: Evidence for ubiquitous galactic cosmic rays beyond PeV energies. M. Amenomori et al. (The Tibet ASγCollaboration). Phys. Rev. Lett.

Foto superior: Los rayos gamma dispersos de muy alta energía (puntos amarillos) se distribuyen a lo largo del disco galáctico. Créditos: Heasarc/Lambda/Nasa/Gfsc

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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