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Los rayos gamma de ultra alta energía tienen como origen nebulosas energizadas por pulsares

Hermes León Vargas
21/04/2021

Un nuevo estudio provee evidencia significativa de que la emisión de rayos gamma de muy alta energía son una característica universal asociada a pulsares.

Investigadores del observatorio a gran altura de agua Cherenkov (HAWC por sus siglas en inglés) aprovecharon el amplio campo de visión del observatorio para determinar que las regiones que rodean a pulsares energéticos emiten rayos gamma ultra energéticos. Foto: Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica

El descubrimiento de que las nebulosas que rodean a los pulsares más poderosos emiten rayos gamma de ultra alta energía podría impulsar el conocimiento actual sobre el origen galáctico de esta radiación. Los pulsares, resultado del colapso de estrellas, son objetos que rotan a muy alta velocidad, poseen campos magnéticos muy altos y se encuentran rodeados por nebulosas energizadas debido a vientos generados por los pulsares.

“Aprovechamos el amplio campo de visión y las capacidades de observación de HAWC para buscar rayos gamma en la región que rodea a un conjunto de pulsares. Encontramos evidencia significativa de que la emisión de rayos gamma ultra energéticos es una característica común encontrada en la vecindad de estos objetos”, menciona la Dra. Kelly Malone, astrofísica del grupo de física nuclear, de partículas y sus aplicaciones del Laboratorio Nacional de Los Álamos, autor principal de este nuevo estudio de la colaboración HAWC.

La colaboración HAWC está formada por más de 100 investigadores de distintas instituciones alrededor del mundo. La Dra. Malone desarrolló algoritmos con los que se estima la energía de los rayos gamma utilizados en esta investigación y además encabezó este estudio.

El conocimiento convencional atribuía que la emisión de rayos gamma de ultra alta energía (más de 56 Tera electrón Volts o TeV) a fuentes de neutrinos y rayos gamma llamados PeVatrones, que son objetos asociados a la aceleración de los rayos cósmicos a energías de Peta electrón Volts. Esta energía es aproximadamente cinco veces mayor a la máxima que se puede producir con aceleradores en la Tierra. El conocimiento convencional empezó a cuestionarse cuando, en 2020, la colaboración HAWC publicó un catálogo de nueve fuentes de rayos gamma con emisión de rayos gamma con energía mayor a 56 TeV. Este es el catálogo de fuentes astrofísicas de mayor energía que se ha publicado. La colaboración encontró, de manera sorpresiva, que todas las fuentes detectadas se encontraban cerca de los pulsares más poderosos jamás observados.

“A más de cien años del descubrimiento de los rayos cósmicos por Viktor Hess, por fin tenemos evidencia de que los de energías de PeVs son acelerados en los entornos de los pulsares más energéticos”, dice Andrés Sandoval, investigador del Instituto de Física de la UNAM y presidente de la junta de la colaboración internacional HAWC.

En esta nueva publicación, la colaboración buscó emisión de rayos gamma ultra energéticos en la vecindad de pulsares extremadamente poderosos. “Encontramos que la emisión de ultra alta energía parece ser una característica genérica de este tipo de objetos astrofísicos. Los rayos gamma son probablemente generados por interacciones que ocurren en el viento del pulsar. Este conocimiento nos permite crear una imagen más completa de los mecanismos de generación de los rayos gamma más energéticos que son producidos en nuestra galaxia” menciona la Dra. Malone. “Ahora que sabemos que las nebulosas energizadas por pulsares emiten rayos gamma de estas energías, podemos concentrarnos en detectar más de estos objetos a través de estudios más prolongados y con experimentos más sensibles”.

La colaboración HAWC recientemente terminó de modernizar el observatorio para que sea más eficiente en la detección de los rayos gamma de la más alta energía. Además de esto, el planeado observatorio de amplio campo de visión en el hemisferio sur (SWGO por sus siglas en inglés) será extremadamente sensible para detectar rayos gamma con energías superiores a 50 TeV y será capaz de realizar estudios detallados sobre la emisión asociada a pulsares.

El observatorio HAWC es un Laboratorio Nacional de CONACYT, está formado por un arreglo de 300 grandes detectores de luz Cherenkov que se encuentran en las faldas del volcán Sierra Negra, en el estado de Puebla, donde la gran elevación ofrece buenas condiciones para observar rayos gamma. Cuando los rayos gamma interaccionan con las moléculas de la atmósfera producen cascadas de partículas de alta energía. Algunas de estas partículas viajan en el agua de los detectores de HAWC y producen destellos de luz llamados radiación de Cherenkov. Al estudiar estos destellos de luz, los investigadores pueden reconstruir el origen de estas cascadas de partículas e inferir qué tipo de partículas las produjo.

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Publicación: "Evidence that Ultra-high-energy Gamma Rays Are a Universal Feature near Powerful Pulsars" The Astrophysical Journal Letters. A. Albert, R Alfaro, C. Alvarez, et al.