Observatorio en la cumbre ve rayos gamma de un exótico objeto de la Vía Láctea
 |
El Observatorio de Rayos Gamma
Cherenkov (HAWC) a gran altitud es un detector diseñado para observar la
emisión de rayos gamma provenientes de objetos astronómicos como remanentes de
supernova, quásares y estrellas densas rotativas llamadas púlsares. Ubicado
aproximadamente a 13,500 pies sobre el nivel del mar cerca del volcán Sierra
Negra en México, el detector está compuesto por más de 300 tanques de agua,
cada uno de aproximadamente 24 pies de diámetro. Cuando las partículas golpean
el agua, producen una onda de choque de luz azul llamada radiación de
Cherenkov. Cámaras especiales en los tanques detectan esta luz, lo que permite
a los científicos determinar el origen de los rayos gamma entrantes. Crédito:
Jordan Goodman / Universidad de Maryland
|
Los chorros espaciales aceleran las partículas y envían una señal de alta energía a la Tierra
El cielo nocturno parece sereno, pero los telescopios nos dicen que el universo está lleno de colisiones y explosiones. Los eventos distantes y violentos señalan su presencia arrojando luz y partículas en todas direcciones. Cuando estos mensajeros llegan a la Tierra, los científicos pueden usarlos para trazar un mapa del cielo lleno de acción, ayudando a comprender mejor los procesos volátiles que ocurren en el espacio.
Por primera vez, una colaboración internacional de científicos ha detectado luz altamente energética proveniente de las regiones más externas de un sistema estelar inusual dentro de nuestra propia galaxia. La fuente es un microquasar, un agujero negro que engulle cosas de una estrella compañera cercana y dispara dos poderosos chorros de material. Las observaciones del equipo, descritas en la edición del 4 de octubre de 2018 de la revista Nature , sugieren que la aceleración de electrones y las colisiones en los extremos de los reactores del microquasar produjeron los poderosos rayos gamma. Los científicos creen que estudiar a los mensajeros de este microquasar puede ofrecer un vistazo a los eventos más extremos que ocurren en los centros de galaxias distantes.
El equipo recopiló datos del Observatorio de rayos gamma Cherenkov de gran altitud (HAWC), que es un detector diseñado para observar la emisión de rayos gamma proveniente de objetos astronómicos como remanentes de supernova, quásares y estrellas densas rotativas llamadas púlsares. Ahora, el equipo ha estudiado uno de los microquásares más conocidos, llamado SS 433, que se encuentra a unos 15.000 años luz de la Tierra. Los científicos han visto alrededor de una docena de microquásares en nuestra galaxia y solo un par de ellos parecen emitir rayos gamma de alta energía. Con la proximidad y orientación de la SS 433, los científicos tienen una rara oportunidad de observar astrofísica extraordinaria.
"SS 433 está justo en nuestro vecindario y, al utilizar el amplio campo de visión de HAWC, pudimos resolver ambos sitios de aceleración de partículas en microquasar", dijo Jordan Goodman , un distinguido profesor de física de la Universidad de Maryland e investigador principal de EE. UU. y portavoz de la colaboración HAWC. "Al combinar nuestras observaciones con datos de múltiples longitudes de onda y múltiples mensajeros de otros telescopios, podemos mejorar nuestra comprensión de la aceleración de partículas en SS 433 y sus primos extragalácticos gigantes, llamados quásares".
 |
Impresión artística de SS 433. Crédito:
NASA
|
Los quásares son agujeros negros masivos que absorben material de los centros de galaxias, en lugar de alimentarse de una sola estrella. Expulsan activamente la radiación, que puede verse desde todo el universo. Pero están tan lejos que la mayoría de los quásares conocidos se han detectado porque sus chorros están dirigidos a la Tierra, como si tuviera una linterna dirigida directamente a los ojos. En contraste, los chorros del SS 433 están orientados lejos de la Tierra y HAWC ha detectado una luz energética similar proveniente del lado del microquasar.
Independientemente de donde se originen, los rayos gamma viajan en línea recta hacia su destino. Los que llegan a la Tierra chocan con moléculas en la atmósfera, creando nuevas partículas y rayos gamma de baja energía. Cada nueva partícula se rompe en más cosas, creando una lluvia de partículas cuando la señal cae en cascada hacia el suelo.
HAWC, ubicado aproximadamente a 13.500 pies (4.115 metros) sobre el nivel del mar cerca del volcán Sierra Negra en México, está perfectamente ubicado para atrapar la lluvia de partículas en rápido movimiento. El detector está compuesto por más de 300 tanques de agua, cada uno de los cuales tiene aproximadamente 24 pies de diámetro. Cuando las partículas golpean el agua, se mueven lo suficientemente rápido como para producir una onda de choque de luz azul llamada radiación de Cherenkov. Cámaras especiales en los tanques detectan esta luz, lo que permite a los científicos determinar la historia de origen de los rayos gamma.
La colaboración de HAWC examinó el valor de 1.017 días de datos y vio evidencia de que los rayos gamma provenían de los extremos de los jets del microquasar, en lugar de la parte central del sistema estelar. Sobre la base de su análisis, los investigadores concluyeron que los electrones en los chorros alcanzan energías que son aproximadamente mil veces más altas que las que se pueden lograr usando aceleradores de partículas terrestres, como el Gran Colisionador de Hadrones, del tamaño de una ciudad, ubicado a lo largo de la frontera entre Francia y Suiza. Los electrones de los chorros chocan con la radiación de fondo de microondas de baja energía que impregna el espacio, dando como resultado la emisión de rayos gamma. Este es un nuevo mecanismo para generar rayos gamma de alta energía en este tipo de sistema y es diferente de lo que los científicos han observado cuando los chorros de un objeto apuntan a la Tierra.
Ke Fang, coautor del estudio y ex investigador postdoctoral en el Joint Space-Science Institute , una asociación entre la UMD y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, dijo que esta nueva medida es fundamental para entender lo que está sucediendo en la SS 433.
"Mirar solo un tipo de luz proveniente de SS 433 es como ver solo la cola de un animal", dijo Fang, quien actualmente es miembro de Einstein Fellow en la Universidad de Stanford. "Por lo tanto, combinamos todas sus señales, desde radio de baja energía a rayos X, con nuevas observaciones de rayos gamma de alta energía, para descubrir qué tipo de bestia SS 433 es realmente".
Hasta ahora, los instrumentos no habían observado que el SS 433 emitiera rayos gamma altamente energéticos. Pero HAWC está diseñado para ser muy sensible a esta parte extrema del espectro de luz. El detector también tiene un amplio campo de visión que mira a todo el cielo elevado todo el tiempo. La colaboración utilizó estas capacidades para resolver las características estructurales del microquasar.
"SS 433 es un sistema estelar inusual y cada año surge algo nuevo", dijo Segev BenZvi, otro coautor del estudio y profesor asistente de física en la Universidad de Rochester. “Esta nueva observación de rayos gamma de alta energía se basa en casi 40 años de mediciones de uno de los objetos más raros de la Vía Láctea. "Cada medida nos da una pieza diferente del rompecabezas, y esperamos usar nuestro conocimiento para aprender sobre la familia del quásar en su conjunto".
###
Además de Goodman y Fang, los coautores del artículo del Departamento de Física de la UMD incluyen a los estudiantes graduados Kristi Engel e Israel Martínez-Castellanos; investigador postdoctoral Colas Rivière; y el científico investigador Andrew Smith.
El artículo de investigación, "Aceleración de partículas de muy alta energía impulsado por los chorros del microquasar SS 433", AU Abeysekara et al., Se publicó en la revista Nature el 4 de octubre de 2018.
Para obtener más información sobre el Observatorio HAWC:
Fuente: Universidad de Maryland,
.jpg)
No hay comentarios: