septiembre 22, 2021

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Los astrónomos creen que finalmente conocen la fuente de los rayos cósmicos de la Vía Láctea

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Hace aproximadamente un siglo, los científicos comenzaron a darse cuenta de que parte de la radiación que detectamos en la atmósfera terrestre no es de origen local.

Esto eventualmente dio lugar al descubrimiento de rayos cósmicos, protones de alta energía y núcleos atómicos que fueron despojados de sus electrones y acelerados a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz).

Sin embargo, todavía existen varios misterios en torno a este extraño (y potencialmente letal) fenómeno.

Esto incluye preguntas sobre sus orígenes y cómo el componente principal de los rayos cósmicos (protones) se acelera a esta alta velocidad.

Gracias a una nueva investigación dirigida por la Universidad de Nagoya, los científicos han cuantificado la cantidad de rayos cósmicos producidos en un remanente de supernova por primera vez.

Esta investigación ayudó a resolver un misterio de hace 100 años y es un paso importante para determinar con precisión de dónde provienen los rayos cósmicos.

Si bien los científicos teorizan que los rayos cósmicos se originan en muchas fuentes: nuestro Sol, supernovas, estallidos de rayos gamma (GRB) y Núcleos galácticos activos (también conocidos como cuásares): su origen exacto ha sido un misterio desde que se descubrieron por primera vez en 1912.

Asimismo, los astrónomos teorizaron que los remanentes de supernovas (los efectos secundarios de las explosiones de supernovas) son responsables de acelerarlos a casi la velocidad de la luz.

A medida que viajan a través de nuestra galaxia, los rayos cósmicos juegan un papel en la evolución química del medio interestelar (ISM). Como tal, comprender su origen es fundamental para comprender cómo evolucionan las galaxias.

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En los últimos años, las observaciones mejoradas han llevado a algunos científicos a especular que los remanentes de supernovas dan lugar a rayos cósmicos porque los protones que aceleran interactúan con los protones en el ISM para crear rayos gamma de muy alta energía (VHE).

Sin embargo, los rayos gamma también son producidos por electrones que interactúan con fotones en el ISM, que pueden ser en forma de fotones infrarrojos o radiación del ISM. Fondo de microondas cósmico (CMB). Por lo tanto, determinar qué fuente es más grande es fundamental para determinar el origen de los rayos cósmicos.

Con la esperanza de aclarar esto, el equipo de investigación, que incluía miembros de la Universidad de Nagoya, Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y la Universidad de Adelaide, Australia, observaron el remanente de la supernova RX J1713.7–3946 (RX J1713).

La clave de su investigación fue el nuevo enfoque que desarrollaron para cuantificar la fuente de rayos gamma en el espacio interestelar.

Observaciones anteriores han demostrado que la intensidad de los rayos gamma VHE causados ​​por la colisión de protones con otros protones en el ISM es proporcional a la densidad del gas interestelar, que se puede discernir utilizando imágenes de líneas de radio.

Por otro lado, los rayos gamma causados ​​por la interacción de electrones con fotones en el ISM también deben ser proporcionales a la intensidad de los rayos X no térmicos de los electrones.

Para su estudio, el equipo se basó en datos obtenidos por el Sistema Estereoscópico de Alta Energía (HESS), un observatorio de rayos gamma VHE ubicado en Namibia (y operado por el Instituto Max Planck de Física Nuclear).

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Luego combinaron esto con datos de rayos X obtenidos por el observatorio de la Misión de Espejos Múltiples de Rayos X de la ESA (XMM-Newton) y datos sobre la distribución de gas en el medio interestelar.

Luego combinaron los tres conjuntos de datos y determinaron que los protones representan el 67 ± 8 por ciento de los rayos cósmicos, mientras que los electrones de los rayos cósmicos representan el 33 ± 8 por ciento, aproximadamente una división de 70/30.

Estos descubrimientos son pioneros ya que son la primera vez que se cuantifican los posibles orígenes de los rayos cósmicos. También son la evidencia más definitiva hasta la fecha de que los remanentes de supernovas son la fuente de rayos cósmicos.

Estos resultados también demuestran que los rayos gamma de los protones son más comunes en las regiones interestelares ricas en gas, mientras que los causados ​​por los electrones se intensifican en las regiones pobres en gas.

Esto respalda lo que muchos investigadores han predicho, que es que los dos mecanismos trabajan juntos para influir en la evolución de ISM.

Él dijo El profesor emérito Yasuo Fukui, quien fue el autor principal del estudio: “Este nuevo método no podría haberse llevado a cabo sin colaboraciones internacionales. [It] se aplicará a más remanentes de supernova utilizando el telescopio de rayos gamma de próxima generación CTA (Cherenkov Telescope Array) además de los observatorios existentes, lo que contribuirá en gran medida al estudio del origen de los rayos cósmicos. “

Además de liderar este proyecto, Fukui ha estado trabajando para cuantificar la distribución de gas interestelar desde 2003 utilizando el NANTEN radiotelescopio encendido Observatorio Las Campanas en Chile y en el Matriz compacta del telescopio de Australia.

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Graças ao professor Gavin Rowell e à Dra. Sabrina Einecke da Universidade de Adelaide (co-autores do estudo) e à equipe do HESS, a resolução espacial e a sensibilidade dos observatórios de raios gama finalmente alcançaram o ponto em que é possível fazer comparações entre los dos.

Mientras tanto, el coautor, el Dr. Hidetoshi Sano, de la NAOJ, realizó el análisis de los conjuntos de datos de archivo del observatorio XMM-Newton. En ese sentido, este estudio también muestra cómo las colaboraciones internacionales y el intercambio de datos están permitiendo todo tipo de investigación de vanguardia.

Junto con instrumentos mejorados, métodos mejorados y mayores oportunidades de cooperación están marcando el comienzo de una era en la que los avances astronómicos se están convirtiendo en algo habitual.

Este artículo fue publicado originalmente por Universo hoy. leer el artículo original.

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