El telescopio Fermi, prueba que los rayos cosmicos se producen en los remanentes de Supernovas

Un nuevo estudio con observaciones de rayos Gamma del telescopio espacial Fermi de la NASA revela la primera evidencia clara que los escombros de la expansión de estrellas que explotaron produce algunos de lo más rápido rayos cosmicos que se mueve en el universo. Este descubrimiento es un paso importante para entender el origen de los rayos cósmicos, uno de los objetivos de la misión principal de Fermi.

Las cáscaras de estrellas explotaron y dan lugar a algunas de las partículas más rápidas en el cosmos. Nuevos hallazgos de Fermi de la NASA muestran que dos remanentes de supernova aceleran los protones a casi la velocidad de la luz. Estos protones interactúan con cerca de las nubes de gas interestelar, que luego emiten rayos gamma. Crédito: NASA Goddard Space Flight Center

"Los científicos han estado tratando de encontrar las fuentes de alta energía de rayos cósmicos desde su descubrimiento hace un siglo," dijo Elizabeth Hays, miembro del equipo de investigación y científico del proyecto del diputado del Fermi en Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland "ahora tenemos remanentes de supernova que prueba concluyente, durante mucho tiempo los principales sospechosos, realmente aceleran los rayos cósmicos a velocidades increíbles."

 

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que se mueven a través del espacio a casi la velocidad de la luz. Alrededor del 90 por ciento de ellos son los protones, y el resto consiste en electrones y núcleos atómicos. En su viaje por toda la galaxia, las partículas eléctricamente cargadas son desviadas por campos magnéticos. Esto descompone sus caminos y hace imposible remontar sus orígenes directamente.

 

A través de una variedad de mecanismos, estas partículas rápidas pueden conducir a la emisión de rayos gamma, la forma más potente de la luz y una señal que viaja a nosotros directamente de sus fuentes.

 

El remanente de supernova W44 es ubicado dentro e interacción con la nube molecular que formaron su estrella. De Fermi LAT detecta rayos gamma de GeV (magenta) se produce cuando el gas es bombardeado por los rayos cósmicos, principalmente protones. Observaciones de radio (amarillos) de la Karl G. Jansky Very Large Array cerca de Socorro, Nuevo México y datos (rojos) infrarrojos del telescopio espacial Spitzer de la NASA revelan estructuras filamentary en cáscara del remanente. Azul muestra la emisión de rayos x, asignada por la misión dirigida por Alemania ROSAT. Crédito: NASA/DOE/Fermi LAT colaboración, NRAO/AUI, JPL-Caltech, ROSAT

 

Desde su lanzamiento en 2008, el telescopio de área grande (LAT) de Fermi ha mapeado millones a mil millones-electron-voltios (MeV a GeV) rayos de remanentes de supernova. Para la comparación, la energía de la luz visible es entre 2 y 3 electronvoltios.

Los resultados de Fermi se refieren a dos remanentes de supernova en particular, conocidas como IC 443 y W44, que los científicos estudiaron a probar remanentes de supernova que producen rayos cósmicos. IC 443 y W44 crecen en frías, densas nubes de gas interestelar. Estas nubes emiten rayos gamma con partículas de alta velocidad escapando de los restos.

 

Los científicos ya no pueden determinar que las partículas atómicas son responsables de las emisiones de las nubes de gas interestelar porque electrones y protones de rayos cósmicos dan lugar a los rayos gamma con energías similares. Después de analizar cuatro años de datos, los científicos de Fermi ven una característica distinguible en la emisión de rayos gamma de ambos remanente. La función es causada por una partícula de corta duración llamada un pión neutral, que se produce al romper los protones de rayos cósmicos en protones normales. El pion decae rápidamente en un par de rayos gamma, emisiones que exhibe una disminución rápida y característica en energías más bajas. El corte low-end actúa como una huella dactilar, proporcionando una prueba clara de que los culpables en IC 443 y W44 son protones.

 

Los resultados aparecerán en la edición del viernes de la revista Science.

"El descubrimiento es la pistola humeante que producen estos remanentes de dos supernova protones acelerados", aseguró el investigador líder Stefan Funk, un astrofísico del Instituto Kavli para Astrofísica de partículas y cosmología en la Universidad de Stanford en California "ahora podemos trabajar para mejor comprender cómo logran esta hazaña y determinar si el proceso es común a todos restos donde vemos la emisión de rayos gamma."

 

Este compuesto de múltiples longitudes de onda muestra el remanente de la supernova IC 443, también conocida como la nebulosa de la Medusa. Emisión de rayos gamma Fermi GeV aparece en longitudes de onda ópticas, magentas como amarillos e infrarrojos de datos de misión de amplio campo infrarrojos encuesta Explorer (WISE) de la NASA se muestra como azul (3,4 micras), cian (4.6 micrones), verde (12 micras) y rojo (22 micrones). Cian lazos indican donde el remanente está interactuando con una densa nube de gas interestelar. Crédito: NASA/DOE/Fermi LAT colaboración, NOAO/AURA/NSF, JPL-Caltech/UCLA

 

En 1949, homónimo del telescopio Fermi, el físico Enrico Fermi, sugirió que los rayos cósmicos de mayor energía se aceleraron en los campos magnéticos de las nubes de gas interestelar. En las décadas que siguieron, los astrónomos demostraron que los remanentes de supernova eran los mejores candidatos de la galaxia para este proceso.

 

Una partícula cargada atrapada en el campo magnético de un remanente de supernova se mueve al azar en todo el campo y de vez en cuando cruza por el líder de la onda expansiva de la explosión. Cada ida y vuelta a través de las rampas de descarga, velocidad de la partícula en un 1 por ciento. Después de muchos cruces, la partícula obtiene suficiente energía para liberarse y escapar a la galaxia como un recién nacido rayos cósmicos.

 

El remanente de la supernova IC 443, popularmente conocida como la nebulosa Medusa, está situado a 5.000 años-luz distancia hacia la constelación de Géminis y se cree que tiene unos 10.000 años de antigüedad. W44 se encuentra unos 9.500 años luz de distancia hacia la constelación de Aquila y se estima que tiene 20.000 años. Cada uno es la expansión de la onda expansiva y escombros que se formó cuando una estrella masiva explotó.

 

El descubrimiento de Fermi se basa en un fuerte toque de decaimiento del pion neutro en W44 observados por el Observatorio de Agil de rayos gamma de la Agencia Espacial Italiana y publicado a finales de 2011.

 

Telescopio del espacio de la NASA Fermi Gamma-ray es una alianza de la Astrofísica y la física de partículas. Goddard gestiona Fermi. El telescopio fue desarrollado en colaboración con el Departamento de energía de Estados Unidos, con contribuciones de instituciones académicas y socios en los Estados Unidos Francia, Alemania, Italia, Japón y Suecia.

Traducción: El Quelonio Volador