El origen de los rayos cósmicos ha sido un misterio desde su descubrimiento hace casi un siglo. Pero las nuevas imágenes del telescopio espacial de rayos gamma Fermi pueden acercar a los astrónomos a la comprensión del origen de las partículas más energéticas del Universo. Las imágenes muestran dónde los restos de supernovas emiten una radiación mil millones de veces más energética que la luz visible. «Fermi ahora nos permite comparar la emisión de restos de diferentes edades y en diferentes entornos», dijo Stefan Funk, astrofísico del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC).
Los rayos cósmicos están formados por electrones, positrones y núcleos atómicos y bombardean constantemente la Tierra. En su viaje a casi la velocidad de la luz a través de la galaxia, las partículas son desviadas por campos magnéticos, que revuelven sus caminos y enmascaran sus orígenes. Cuando los rayos cósmicos chocan con el gas interestelar, producen rayos gamma. Si bien los instrumentos pueden inferir la presencia de rayos cósmicos al buscar el resplandor de las emisiones de rayos gamma, hasta el momento no se han localizado fuentes específicas. .
“Comprender las fuentes de los rayos cósmicos es uno de los objetivos clave de Fermi”, dijo Funk, quien presentó las nuevas imágenes y hallazgos en la reunión de la Sociedad Estadounidense de Física en Washington, DC el lunes.
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El Telescopio de Área Grande (LAT) de Fermi cartografió rayos gamma de mil millones de electronvoltios (GeV) de tres remanentes de supernovas de mediana edad, conocidos como W51C, W44 e IC 443, que nunca antes se habían resuelto a estas energías. (La energía de la luz visible es de entre 2 y 3 electronvoltios). Cada remanente son los desechos en expansión de una estrella masiva que explotó hace entre 4000 y 30 000 años.
Además, el LAT de Fermi también detectó rayos gamma GeV de Cassiopeia A (Cas A), un remanente de supernova de solo 330 años. Observatorios terrestres, que detectan rayos gamma miles de veces más
más energético de lo que el LAT fue diseñado para ver, han detectado previamente Cas A.
“Los remanentes más antiguos son extremadamente brillantes en rayos gamma GeV, pero relativamente débiles a energías más altas. Los remanentes más jóvenes muestran un comportamiento diferente”, explicó Yasunobu Uchiyama, miembro de Panofsky en SLAC. «Quizás los rayos cósmicos de mayor energía hayan dejado remanentes más antiguos, y Fermi ve emisiones de partículas atrapadas a energías más bajas».
En 1949, el físico Enrico Fermi, que dio nombre al telescopio Fermi, sugirió que los rayos cósmicos de mayor energía se aceleraban en los campos magnéticos de las nubes de gas. En las décadas que siguieron,
Los astrónomos demostraron que los remanentes de supernova son los mejores sitios candidatos de la galaxia para este proceso.
Los remanentes de supernovas jóvenes parecen poseer campos magnéticos más fuertes y rayos cósmicos de mayor energía. Los campos más fuertes pueden mantener las partículas de mayor energía en la onda de choque del remanente el tiempo suficiente para acelerarlas a las energías observadas.
Las observaciones de Fermi muestran rayos gamma GeV provenientes de lugares donde se sabe que los remanentes interactúan con nubes de gas densas y frías.
“Creemos que los protones acelerados en el remanente chocan con los átomos de gas, lo que provoca la emisión de rayos gamma”, dijo Funk. Una explicación alternativa es que los electrones que se mueven rápidamente emiten rayos gamma cuando pasan volando por los núcleos de los átomos de gas. “Por ahora, no podemos distinguir entre estas posibilidades, pero esperamos que más observaciones con Fermi nos ayuden a hacerlo”, agregó.
De cualquier manera, estas observaciones validan la noción de que los remanentes de supernova actúan como enormes aceleradores de partículas cósmicas.
“Qué apropiado es que Fermi parezca estar confirmando la audaz idea propuesta hace más de 60 años por el científico que le dio nombre”, señaló Roger Blandford, director de KIPAC.
Fuente: Fermi/Universidad Estatal de Sonoma
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