Un cadáver estelar arroja luz sobre el origen de los rayos cósmicos

El origen de los rayos cósmicos , las partículas de alta energía del espacio exterior que afectan constantemente a la Tierra, está entre las preguntas más desafiantes en la astrofísica .

Ahora, una nueva investigación publicada en la revista Monthly Notices de la Royal Astronomical Society arroja nueva luz sobre el origen de esas partículas energéticas .

Descubierto hace más de 100 años y considerado un potencial riesgo para la salud de los tripulantes de aviones y astronautas, se cree que los rayos cósmicos son producidos por las ondas de choque, por ejemplo, las resultantes de las explosiones de supernova. Los rayos cósmicos más enérgicos que atraviesan el universo transportan de 10 a 100 millones de veces la energía generada por los colisionadores de partículas, como el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN .

La Nebulosa del Cangrejo , el remanente de una explosión de supernova que fue observada hace casi 1.000 años en el año 1054, es uno de los objetos mejor estudiados en la historia de la astronomía y una fuente conocida de rayos cósmicos. Emite radiación a través del espectro electromagnético entero , desde los rayos gamma, la luz ultravioleta y visible, a las ondas infrarrojas y de radio. La mayor parte de lo que vemos proviene de partículas muy energéticas (electrones), y los astrofísicos pueden construir modelos detallados para tratar de reproducir la radiación que estas partículas emiten.

El nuevo estudio, de Federico Fraschetti, de la Universidad de Arizona , y Martin Pohl, de la Universidad de Potsdam, revela que la radiación electromagnética procedente de la Nebulosa del Cangrejo puede originarse de una manera diferente a lo que los científicos han pensado tradicionalmente. El conjunto de la radiación puede potencialmente ser unificado y surgir de una sola población de electrones, una hipótesis considerada previamente imposible.

De acuerdo con el modelo generalmente aceptado, una vez que las partículas alcanzan un límite de choque, rebotan hacia atrás y adelante muchas veces debido a la turbulencia magnética. Durante este proceso ganan energía -de manera similar a una pelota de tenis que rebota entre dos raquetas que se mueven constantemente más cerca entre sí- y se empujan cada vez más cerca de la velocidad de la luz. Tal modelo sigue una idea introducida por el físico italiano Enrico Fermi en 1949.

"Los modelos actuales no incluyen lo que sucede cuando las partículas alcanzan su energía más alta", dijo Federico, un científico del personal de los Departamentos de Ciencias Planetarias, Astronomía y Física de la Universidad de Arizona . "Sólo si incluimos un proceso diferente de aceleración, en el cual el número de partículas de energía más alta disminuye más rápido que en energía más baja, podemos explicar todo el espectro electromagnético que vemos, lo cual nos dice que mientras la onda de choque es la fuente de la aceleración de las partículas, los mecanismos deben ser diferentes".

"El nuevo resultado representa un avance importante para nuestra comprensión de la aceleración de partículas en objetos cósmicos, y ayuda a descifrar el origen de las partículas energéticas que se encuentran casi en todas partes en el universo", añadió Martin Pohl.

Los autores concluyen que se necesita una mejor comprensión de cómo las partículas se aceleran en las fuentes cósmicas y cómo funciona la aceleración cuando la energía de las partículas se hace muy grande.

Varias misiones de la NASA, incluyendo ACE, STEREO y WIND, se dedican a estudiar las propiedades similares de los choques causados por las explosiones de plasma en la superficie del sol mientras viajan a la Tierra, y así pueden agregar avances vitales sobre estos efectos en un futuro cercano.

jpe