Misterio del origen de los rayos cósmicos finalmente resuelto

Existe un consenso general entre los científicos de que los remanentes de supernova (los restos de la explosión de una supernova) son las fuentes de los rayos cósmicos, pero la prueba final ha sido difícil de alcanzar ya que los rayos cósmicos son desviados en su camino desde la fuente a la Tierra

Los protones que se hunden constantemente en la atmósfera de la Tierra a casi la velocidad de la luz obtuvieron sus enormes energías de las estrellas en explosión. Los físicos y astrónomos lo habían sospechado por mucho tiempo, pero la evidencia directa de que la idea es correcta ha sido difícil de conseguir… hasta ahora.

Los rayos cósmicos son diversas partículas cargadas que llegan a la Tierra desde el espacio. Casi todas ellas son protones, y algunos han sido acelerados a velocidades superiores a las que se consiguen en la actualidad mediante un acelerador de partículas en la Tierra. Aunque hemos conocido a los rayos cósmicos desde 1912, sus orígenes seguían siendo un enigma.

«Es un misterio de 100 años de antigüedad», dice Stefan Funk, del SLAC National Accelerator Laboratory, en Menlo Park, California. «¿Qué crea estas energías tan grandes?»

Los físicos sospechaban que una fuente posible es la violenta explosión de una supernova dentro de la Vía Láctea. El material despedido en el proceso se mueve tan rápidamente que crea una onda de choque. Cada vez que un protón cruza el límite de la onda de choque, recibe impulso adicional.

Debido a que los protones tienen carga, pueden quedar atrapados en los campos magnéticos que les llevan hacia atrás y adelante a través de la descarga muchas veces, como una pelota de tenis que rebota hacia atrás y adelante contra una red. «Con el tiempo su energía se hace suficientemente grande para que puedan salir de la región de shock», dijo Funk. «Entonces es un rayo cósmico recién nacido».

Revoltijo total

Pero los campos magnéticos también pueden desviar los rayos cósmicos en su camino hacia nuestros detectores. En el momento en que lleguen a la Tierra, sus direcciones están totalmente revueltas, por lo que es difícil determinar su origen.

Se necesitaba otro enfoque para el problema… y fueron los rayos gamma los que lo aportaron. Sabemos que cuando los protones de alta energía chocan con los protones de baja energía a gran distancia, la violencia de la colisión crea indirectamente rayos gamma. Estos no están cargados y viajan en línea recta, al no ser afectados por los campos magnéticos.

Funk y sus colegas utilizaron el Telescopio Fermi de Rayos Gamma para observar dos brillantes restos de supernova en la galaxia, llamados IC 433 y W44. ¿Llevarían los rayos gamma provenientes de estos objetos la firma reveladora de haber sido producidos por colisiones de protones?

Debido a la conservación de la energía, los rayos gamma producidos durante colisiones de protones tendrán una energía mínima de entre 150 y 200 megaelectronvolts cada uno, dice Funk. Si muchos de los protones chocan cerca del remanente de supernova, debería haber más rayos gamma con esa energía o mayor que de ella… y casi ninguno con energías más bajas

«Eso es exactamente lo que vemos», dijo Funk. «Esta es una característica, una característica irrefutable, que absolutamente y únicamente nos dice que lo que estamos viendo son rayos gamma procedentes de protones acelerados».

Stefan Westerhoff, de la Universidad de Wisconsin-Madison, que no participó en el trabajo, dice que «Se ha sospechado durante mucho tiempo que esos remanentes de supernova son los sitios de aceleración de los rayos cósmicos, y no ha habido evidencia indirecta de esto por un rato.» El resultado del Fermi «es una medición muy ordenada y es probable que más o menos resuelva la cuestión», dijo.

El hallazgo no explica el origen de todos los rayos cósmicos, sin embargo. Algunos son los muones o positrones en lugar de protones… y una clase, los rayos cósmicos de ultra-alta energía, son probablemente de fuera de nuestra galaxia.

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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