Hace aproximadamente un siglo, los cient\u00edficos comenzaron a darse cuenta de que parte de la radiaci\u00f3n que detectamos en la atm\u00f3sfera terrestre no es de origen local. Esto finalmente dio lugar al descubrimiento de rayos c\u00f3smicos, protones de alta energ\u00eda y n\u00facleos at\u00f3micos que han sido despojados de sus electrones y acelerados a velocidades relativistas (cercanas a la velocidad de la luz).<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, todav\u00eda existen varios misterios en torno a este extra\u00f1o (y potencialmente letal) fen\u00f3meno. Esto incluye preguntas sobre sus or\u00edgenes y c\u00f3mo el componente principal de los rayos c\u00f3smicos (protones) se acelera a una velocidad tan alta.<\/p>\n\n\n\n
Gracias a una nueva investigaci\u00f3n dirigida por la Universidad de Nagoya, los cient\u00edficos han cuantificado la cantidad de rayos c\u00f3smicos producidos en un remanente de supernova por primera vez. Esta investigaci\u00f3n ha ayudado a resolver un misterio de 100 a\u00f1os y es un paso importante para determinar con precisi\u00f3n de d\u00f3nde provienen los rayos c\u00f3smicos.<\/p>\n\n\n\n
Si bien los cient\u00edficos teorizan que los rayos c\u00f3smicos se originan en muchas fuentes – nuestro Sol, supernovas, estallidos de rayos gamma (GRB) y N\u00facleos Gal\u00e1cticos Activos (tambi\u00e9n conocidos como cu\u00e1sares) – su origen exacto ha sido un misterio desde que fueron descubiertos por primera vez en 1912. De manera similar, los astr\u00f3nomos han teorizado que los remanentes de supernovas (las secuelas de las explosiones de supernovas) son responsables de acelerarlos a casi la velocidad de la luz.<\/p>\n\n\n\n
A medida que viajan a trav\u00e9s de nuestra galaxia, los rayos c\u00f3smicos juegan un papel en la evoluci\u00f3n qu\u00edmica del medio interestelar (ISM). Como tal, comprender su origen es fundamental para comprender c\u00f3mo evolucionan las galaxias. En los \u00faltimos a\u00f1os, las observaciones mejoradas han llevado a algunos cient\u00edficos a especular que los remanentes de supernova dan lugar a rayos c\u00f3smicos porque los protones que aceleran interact\u00faan con los protones en el ISM para crear rayos gamma de muy alta energ\u00eda (VHE).<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, los rayos gamma tambi\u00e9n son producidos por electrones que interact\u00faan con fotones en el ISM, que pueden ser en forma de fotones infrarrojos o radiaci\u00f3n del Fondo C\u00f3smico de Microondas (CMB). Por lo tanto, determinar qu\u00e9 fuente es mayor es fundamental para determinar el origen de los rayos c\u00f3smicos. Con la esperanza de arrojar luz sobre esto, el equipo de investigaci\u00f3n, que inclu\u00eda a miembros de la Universidad de Nagoya, el Observatorio Astron\u00f3mico Nacional de Jap\u00f3n (NAOJ) y la Universidad de Adelaida, Australia, observ\u00f3 el remanente de supernova RX J1713.7? 3946 (RX J1713).<\/p>\n\n\n\n
La clave de su investigaci\u00f3n fue el enfoque novedoso que desarrollaron para cuantificar la fuente de rayos gamma en el espacio interestelar. Las observaciones pasadas han demostrado que la intensidad de los rayos gamma VHE causados \u200b\u200bpor la colisi\u00f3n de protones con otros protones en el ISM es proporcional a la densidad del gas interestelar, que se puede discernir utilizando im\u00e1genes de l\u00ednea de radio.<\/p>\n\n\n\n
Por otro lado, tambi\u00e9n se espera que los rayos gamma causados \u200b\u200bpor la interacci\u00f3n de electrones con fotones en el ISM sean proporcionales a la intensidad de los rayos X no t\u00e9rmicos de los electrones. Por el bien de su estudio, el equipo se bas\u00f3 en datos obtenidos por el Sistema Estereosc\u00f3pico de Alta Energ\u00eda (HESS), un observatorio de rayos gamma VHE ubicado en Namibia (y operado por el Instituto Max Planck de F\u00edsica Nuclear).<\/p>\n\n\n\n
Sin embargo, los rayos gamma tambi\u00e9n son producidos por electrones que interact\u00faan con fotones en el ISM, que pueden ser en forma de fotones infrarrojos o radiaci\u00f3n del Fondo C\u00f3smico de Microondas (CMB). Por lo tanto, determinar qu\u00e9 fuente es mayor es fundamental para determinar el origen de los rayos c\u00f3smicos.<\/p>\n\n\n\n
Con la esperanza de arrojar luz sobre esto, el equipo de investigaci\u00f3n, que inclu\u00eda a miembros de la Universidad de Nagoya, el Observatorio Astron\u00f3mico Nacional de Jap\u00f3n (NAOJ) y la Universidad de Adelaida, Australia, observ\u00f3 el remanente de supernova RX J1713.7? 3946 (RX J1713). La clave de su investigaci\u00f3n fue el enfoque novedoso que desarrollaron para cuantificar la fuente de rayos gamma en el espacio interestelar.<\/p>\n\n\n\n
Las observaciones pasadas han demostrado que la intensidad de los rayos gamma VHE causados \u200b\u200bpor la colisi\u00f3n de protones con otros protones en el ISM es proporcional a la densidad del gas interestelar, que se puede discernir utilizando im\u00e1genes de l\u00ednea de radio. Por otro lado, tambi\u00e9n se espera que los rayos gamma causados \u200b\u200bpor la interacci\u00f3n de electrones con fotones en el ISM sean proporcionales a la intensidad de los rayos X no t\u00e9rmicos de los electrones.<\/p>\n\n\n\n
Por el bien de su estudio, el equipo se bas\u00f3 en datos obtenidos por el Sistema Estereosc\u00f3pico de Alta Energ\u00eda (HESS), un observatorio de rayos gamma VHE ubicado en Namibia (y operado por el Instituto Max Planck de F\u00edsica Nuclear). Luego combinaron esto con datos de rayos X obtenidos por el observatorio de la Misi\u00f3n de Espejos M\u00faltiples de Rayos X (XMM-Newton) de la ESA y datos sobre la distribuci\u00f3n de gas en el medio interestelar. Luego combinaron los tres conjuntos de datos y determinaron que los protones representan el 67 \u00b1 8% de los rayos c\u00f3smicos, mientras que los electrones de los rayos c\u00f3smicos representan el 33 \u00b1 8%, aproximadamente una divisi\u00f3n de 70\/30.<\/p>\n\n\n\n
Estos hallazgos son revolucionarios ya que son la primera vez que se cuantifican los posibles or\u00edgenes de los rayos c\u00f3smicos. Tambi\u00e9n constituyen la evidencia m\u00e1s definitiva hasta la fecha de que los remanentes de supernovas son la fuente de rayos c\u00f3smicos.<\/p>\n\n\n\n
Estos resultados tambi\u00e9n demuestran que los rayos gamma de los protones son m\u00e1s comunes en las regiones interestelares ricas en gas, mientras que los causados \u200b\u200bpor los electrones aumentan 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 evoluci\u00f3n del ISM.<\/p>\n\n\n\n
Dijo el profesor em\u00e9rito Yasuo Fukui, quien fue el autor principal del estudio: “Este nuevo m\u00e9todo no podr\u00eda haberse logrado sin colaboraciones internacionales. Se aplicar\u00e1 a m\u00e1s remanentes de supernovas utilizando el telescopio de rayos gamma de pr\u00f3xima generaci\u00f3n CTA (Cherenkov Telescope Array ) adem\u00e1s de los observatorios existentes, lo que avanzar\u00e1 enormemente en el estudio del origen de los rayos c\u00f3smicos”.<\/p>\n\n\n\n
Adem\u00e1s de liderar este proyecto, Fukui ha estado trabajando para cuantificar la distribuci\u00f3n de gas interestelar desde 2003 utilizando el radiotelescopio NANTEN en el Observatorio Las Campanas en Chile y el Australia Telescope Compact Array. Gracias al profesor Gavin Rowell y a la Dra. Sabrina Einecke de la Universidad de Adelaide (coautores del estudio) y al H.E.S.S. equipo, la resoluci\u00f3n espacial y la sensibilidad de los observatorios de rayos gamma finalmente han alcanzado el punto en el que es posible establecer comparaciones entre los dos.<\/p>\n\n\n\n
Mientras tanto, el coautor Dr. Hidetoshi Sano de la NAOJ dirigi\u00f3 el an\u00e1lisis de conjuntos de datos de archivo del observatorio XMM-Newton. En este sentido, este estudio tambi\u00e9n muestra c\u00f3mo las colaboraciones internacionales y el intercambio de datos est\u00e1n permitiendo todo tipo de investigaci\u00f3n de vanguardia. Junto con instrumentos mejorados, m\u00e9todos mejorados y mayores oportunidades de cooperaci\u00f3n est\u00e1n llevando a una era en la que los avances astron\u00f3micos se est\u00e1n convirtiendo en algo habitual.<\/p>\n\n\n\n