Nueva evidencia sobre el origen de los Rayos Cósmicos

Remanente de supernova a 408MHz

Un grupo de astrónomos de Argentina y Sudáfrica han realizado una importante seguidilla de descubrimientos que pueden
contribuir decisivamente a esclarecer uno de los principales problemas de la astrofísica: el origen de los rayos cósmicos galácticos. Primero, detectaron un nuevo remanente de supernova en la banda de radio. Después, hallaron nubes de hidrógeno que están siendo aplastadas por el remanente. Luego, relacionaron las nubes con la presencia de 3 fuentes de rayos gamma no identificadas que fueron detectadas mediante el Observatorio de Rayos Gamma Compton, un satélite lanzado por la NASA en 1991. Finalmente, reunieron toda esa información y suministraron la primera evidencia observacional en favor de la principal teoría del origen de los rayos cósmicos.

Los resultados de estas observaciones se presentan este mes en el Quinto Simposio Compton, una reunión internacional de expertos en rayos gamma, que se lleva a cabo este año desde el 15 al 17 de septiembre en Portsmouth, New Hampshire, USA. La reunión es auspiciada por la Universidad de New Hampshire y el NASA Goddard Space Flight Center. Los científicos detrás de las observaciones son los Drs. Jorge A. Combi, Gustavo E. Romero y Paula Benaglia del Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) (CONICET, Argentina); y el Dr. Justin L. Jonas de la Universidad de Rhodes en Sudáfrica.

El origen de los rayos cósmicos ha permanecido como un gran misterio de la astrofísica contemporánea. Los científicos sospechan que los rayos cósmicos-esencialmente partículas subatómicas que bombardean la tierra a casi la velocidad de la luz-son lanzados a través del espacio a grandes velocidades por las ondas de choque originadas en explosiones de estrellas, llamadas supernovas.

Observaciones anteriores han mostrado que las supernovas producen rayos cósmicos electrónicos. Los resultados recientes, sin embargo, proveen la primera evidencia de que las supernovas producen rayos cósmicos protónicos, los cuales son una forma mucho más común y masiva de rayo cósmico.

Muchos de los rayos cósmicos que llegan a la tierra son protones”, dice el Dr. Combi (IAR). “Son estos protones acelerados en remanentes de supernovas? La evidencia ha sido esquiva hasta ahora”.

El primer paso para revelar este misterio cósmico, fue encontrar el remanente de supernova que no había sido descubierto. Un remanente de supernova son los restos gaseosos de una estrella que explotó. Usando el radiotelescopio de Hartbeesthoek en Krugersdorp, Sudáfrica, los astrónomos divisaron el remanente dentro de nuestra Galaxia, a unos 1.600 años luz de la tierra. Este objeto, producido por una explosión de supernova hace unos 15.000 años, es grande y débil, de acuerdo al Dr. Combi. Esta radiofuente, que es débil, fue difícil de reconocer hasta ahora debido a la emisión difusa de la Galaxia. La técnica usada para remover la radiación que impedía su reconocimiento es una compleja forma de procesamiento de imágenes.

Posteriormente, los astrónomos notaron que la posición del remanente estaba cerca de tres fuentes de rayos gamma no identificadas, que se encuentran listadas en el tercer catálogo EGRET, publicado a principios de este año. El telescopio EGRET es uno de los cuatro detectores del Observatorio de rayos gamma Compton y fue construido por la NASA. El tipo de radiación que los astrónomos observaron con el EGRET podría solamente producirse por el choque de protones con otros protones o con núcleos atómicos. Esta colisión genera una partícula subatómica, llamada pión neutro, que se desintegra muy rápidamente en la forma de dos fotones gamma.

“Creemos que los rayos gamma se producen cuando los protones acelerados localmente en el remanente de supernova chocan con átomos de una nube de hidrógeno, produciendo así numerosos piones, los cuales decaen emitiendo fotones gamma en el rango de energía que puede detectar el EGRET,” dice el Dr. Romero (IAR).

En otras palabras, los astrónomos sugieren que los protones que se encuentran en el medio interestelar fueron acelerados a altas velocidades por la onda de choque producida en la explosión de supernova. Estos protones chocaron con otros pertenecientes a una nube de hidrógeno atómico cercana, creando de esa forma los rayos gamma observados.

Esta situación fue predicha teóricamente algunos años atrás, por Felix Aharonian del Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, junto a otros investigadores. La detección simultanea de un remanente de supernova, de nubes atómicas, y fuentes EGRET no había sido realizada hasta ahora.

De acuerdo a Romero, el nuevo remanente de supernova descubierto “seguramente constituirá un excelente laboratorio natural para contrastar nuestras ideas sobre el origen de los rayos cósmicos en los años que vendrán. Ya que podemos determinar la forma espectral de ambas componentes de los rayos cósmicos, electrones y protones, en la fuente, podemos comparar ahora la eficiencia relativa de los mecanismos de aceleración, e inferir condiciones físicas en el remanente de supernova”.

Los Drs. J.A. Combi y G.E. Romero estarán en Portsmouth para presentar sus resultados. El Simposio Compton es el quinto de una serie de simposios internacionales dedicados a la investigación en astronomía de rayos gamma con énfasis en los resultados del satélite Compton.

(Sep-1999)

Publicado en Novedades, 1999.