El Telescopio Fermi de la NASA confirma que los desechos estelares son la fuente de partículas cósmicas extremas

Ilustración del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA en acción. Crédito: Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Los astrónomos han buscado durante mucho tiempo sitios de liberación para algunos de los protones de mayor energía de nuestra galaxia. Un estudio que utilizó 12 años de datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA ahora confirma que un remanente de supernova es un lugar así.

Fermi demostró que las ondas de choque de las estrellas en explosión impulsan las partículas a velocidades similares a las de la luz. Estas partículas se llaman rayos cósmicos y en su mayoría toman la forma de protones, pero pueden incluir núcleos atómicos y electrones. Dado que todos llevan una carga eléctrica, sus caminos se confunden a medida que atraviesan el campo magnético de nuestra galaxia. Como ya no podemos decir en qué dirección se originaron, esto oculta dónde nacieron. Pero cuando estas partículas chocan con el gas interestelar cerca del remanente de la supernova, producen un brillo revelador en rayos gamma, la energía de luz más alta encontrada.

“Los teóricos creen que los protones de rayos cósmicos de mayor energía en la Vía Láctea tienen hasta un billón de electronvoltios, o energías fotovoltaicas”, dijo Qi Fang, profesor asociado de física en la Universidad de Wisconsin, Madison. “Fue difícil determinar la naturaleza exacta de sus fuentes, que llamamos Biphatron”.

Atrapadas por campos magnéticos caóticos, las partículas pasan repetidamente a través de la onda de choque de la supernova, ganando velocidad y energía con cada paso. Al final, los restos ya no pudieron contenerlo y salieron disparados hacia el espacio interestelar.

Impulsados ​​a unas 10 veces la energía recolectada por el acelerador de partículas más poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, los protones PeV están a punto de escapar por completo de nuestra galaxia.






Descubra cómo los astrónomos han encontrado restos de supernovas que liberan protones con energías 10 veces mayores que el acelerador de partículas más poderoso de la Tierra. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

Los astrónomos han identificado algunos PeVatrones sospechosos, incluido uno en el centro de nuestra galaxia. Por supuesto, los restos de supernova encabezan la lista de candidatos. Sin embargo, de alrededor de 300 remanentes conocidos, solo se ha encontrado que unos pocos emiten rayos gamma de energías suficientemente altas.

Los restos de una estrella en particular han recibido mucha atención por parte de los astrónomos de rayos gamma. Llamada G106.3+2.7, es una nube con forma de cometa ubicada a unos 2.600 años luz de distancia en la constelación de Cefeo. Un púlsar brillante cubre el extremo norte del remanente de supernova, y los astrónomos creen que ambos objetos se formaron en la misma explosión.

El Gran Telescopio Fermi, su instrumento principal, detectó rayos gamma a mil millones de electronvoltios (GeV) desde el interior de la cola extendida del remanente. (A modo de comparación, la energía de la luz visible mide entre aproximadamente 2 y 3 electronvoltios). El Sistema de matriz de telescopios de imágenes muy activas (VERITAS) en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en el sur de Arizona registró rayos gamma de alta energía de la misma área. El Observatorio Cherenkov High-Water Gamma Ray en México y el Tibet AS-Gamma Experiment en China han detectado fotones con energías de 100 billones de electronvoltios (TeV) de la región investigada por Fermi y VERITAS.

“Este objeto ha sido una fuente de gran interés desde hace un tiempo, pero para ser coronado como un PeVatron tenemos que demostrar que acelera los protones”, explicó el coautor Henrike Fleischhack de la Universidad Católica de América en Washington y Goddard Space de la NASA. . Centro de Aviación en Greenbelt, Maryland. “Lo importante es que los electrones acelerados a unos pocos cientos de TeV pueden producir la misma emisión. Ahora, con la ayuda de 12 años de datos de Fermi, creemos que hemos establecido que G106.3 + 2.7 es de hecho un PeVatron”.

Un artículo que detalla los resultados, dirigido por Fang, se publicó el 10 de agosto en la revista mensajes de revisión física.






Esta secuencia compara los resultados de Fermi con tres bandas de energía. Pulsar J2229 + 6114 es la fuente brillante en el extremo norte superior del remanente de supernova G106.3 + 2.7 (mostrado en verde). En cada banda de energía, la secuencia muestra primero el número de rayos gamma y luego las cantidades en exceso en comparación con las predicciones del modelo de fondo. Los colores más brillantes indican más rayos gamma o cantidades excesivas. En los niveles de energía más altos, aparece una nueva fuente de rayos gamma, que se produce cuando los protones acelerados por la onda de choque de una supernova chocan con una nube de gas cercana. Crédito: NASA/Fermi/Fang et al. 2022

El púlsar, J2229 + 6114, emite sus propios rayos gamma en forma de baliza a medida que gira, y esta llamarada domina la región a energías de unos pocos GeV. La mayor parte de esta emisión ocurre en la primera mitad de la rotación del púlsar. El equipo detuvo efectivamente el púlsar al analizar los rayos gamma provenientes de la última parte del ciclo. Por debajo de 10 GeV, no hay una emisión significativa de la cola de residuos.

Por encima de esta energía, la interferencia del púlsar es mínima y la fuente adicional se vuelve evidente. El análisis detallado del equipo favorece en gran medida a los protones PeV como partículas que impulsan la emisión de rayos gamma.

“Hasta ahora, G106.3+2.7 es único, pero puede convertirse en el miembro más brillante de un nuevo grupo de remanentes de supernova que emiten rayos gamma con energías de hasta TeV”, señala Fang. “Más de ellos podrían ser detectados por futuras observaciones de Fermi y observatorios de rayos gamma de alta energía”.

La NASA explora misterios cósmicos, y se necesitó más de una década de observaciones sofisticadas para resolver este misterio.


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más información:
Ke Fang et al, Evidencia de aceleración de protones PeV a partir de observaciones Fermi-LAT de SNR G106.3 + 2.7, mensajes de revisión física (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.071101

La frase: El telescopio Fermi de la NASA confirma que los desechos estelares son una fuente de partículas cósmicas extremas (10 de agosto de 2022) Obtenido el 11 de agosto de 2022 de https://phys.org/news/2022-08-nasa-fermi-telescope-star- fuente .html

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