Tras la pista de un acelerador de partículas en el espacio

¿De dónde provienen los rayos cósmicos de alta energía? Ahora los investigadores han encontrado una respuesta a estas preguntas, lo que confirma una suposición que los astrónomos han sostenido durante mucho tiempo. Los científicos informaron en Physical Review Letters que la radiación aparentemente proviene de aceleradores de partículas naturales que se encuentran cerca de los restos de estrellas en explosión.

Las partículas, principalmente protones, pero también núcleos atómicos más pesados, llueven constantemente sobre nuestra Tierra desde el espacio. La mayoría de ellos tienen energías relativamente bajas de unos pocos gigaelectronvoltios o menos. En gran parte, provienen de erupciones en la superficie del Sol. Pero también hay partículas con energías en el rango de un betaelectronvoltio, lo que corresponde a una energía un millón de veces mayor.

Los astrónomos han sospechado durante mucho tiempo que debe haber aceleradores de partículas naturales en el espacio. Allí, por ejemplo, las explosiones de supernova generan poderosas ondas de choque que, a su vez, aceleran las partículas cargadas eléctricamente a altas energías. Debido a las enormes energías alrededor de un electrón-voltio beta (PeV para abreviar), estos aceleradores de partículas también se denominan PeVatrones. Pero hasta ahora nadie ha podido localizarlos. El problema: las partículas cargadas, como los protones de rayos cósmicos, no se mueven en línea recta a través del espacio porque los fuertes campos magnéticos desvían estas partículas. Como resultado, el origen de las partículas no puede deducirse simplemente de la dirección de la que proceden.

Entonces, los astrónomos tienen que buscar PeVatrons indirectamente: buscan rayos gamma de alta energía, que se producen cuando los rayos cósmicos interactúan con el gas interestelar, es decir, el gas interestelar. Sin embargo, esta conexión no está clara: incluso si la radiación cósmica de fondo, el eco del Big Bang, es dispersada por electrones en el espacio, aún puede surgir radiación gamma.

Ke Fang y sus colegas de la Universidad de Wisconsin analizaron 12 años de datos recopilados por el Observatorio Satelital Fermi y otros telescopios de G106.3 + 2.7, el remanente de supernova a 2600 años luz de distancia. Si bien Fermi se especializa en rayos gamma, otros observatorios han proporcionado datos adicionales sobre rayos X y ondas de radio emitidas por el mismo objeto observado.

Como mostró el estudio de los investigadores, la distribución de energía de la radiación del remanente de supernova en esta amplia gama de ondas de radio a rayos gamma encaja bien con PeVatron, pero no con el escenario alternativo de dispersión de radiación de fondo. Por lo tanto, según Fang y sus colegas, G106.3 + 2.7 parece ser una de las fuentes más importantes de partículas cósmicas de alta energía. Los investigadores ahora esperan usar su método para rastrear otros aceleradores de partículas cósmicas.