Los rayos gamma dispersos de energía extremadamente alta (puntos amarillos) se distribuyen a lo largo de la Vía Láctea. El contorno del color de fondo muestra la distribución del hidrógeno atómico en coordenadas galácticas. El área sombreada en gris indica lo que está fuera de su campo de visión. Fuente: HEASARC / LAMBDA / NASA / GFSC
Un enorme complejo de telescopios en el Tíbet ha capturado la primera evidencia de rayos gamma de energía ultra alta que se propagan a través de la Vía Láctea. Los hallazgos proporcionan evidencia de que los aceleradores estelares no detectados producen rayos cósmicos que han estado orbitando nuestra galaxia durante millones de años. La investigación se publicará en la revista Cartas de revisión física el lunes 5 de abril.
“Encontramos 23 rayos gamma cósmicos de energía ultra alta a lo largo de la Vía Láctea”, dijo Kazumasa Kawata, coautor de la Universidad de Tokio. “La energía más grande entre ellos es un récord mundial: casi un petaelectronvoltio”.
Eso es tres órdenes de magnitud más grande que cualquier rayo gamma conocido causado por rayos cósmicos, o cualquier partícula que los humanos hayan acelerado en los laboratorios más modernos de la Tierra.
Desde 1990, decenas de científicos en China y Japón han buscado los escurridizos rayos gamma cósmicos de alta energía. Tibet ASγ Collaboration hizo el descubrimiento utilizando casi 70.000 metros cuadrados de matrices terrestres y detectores de muones subterráneos en la meseta tibetana, ubicada a más de 14.000 pies sobre el nivel del mar.
“Los científicos creen que los rayos gamma de alta energía pueden ser producidos por la interacción nuclear entre los rayos cósmicos de alta energía que escapan de las fuentes galácticas más poderosas y el gas interestelar en la galaxia de la Vía Láctea”, dijo Huang Jing, coautor del Instituto de Física de Altas Energías en China. Academia de Ciencias.
Chen Ding, de los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China, otro coautor, agregó: “La detección de rayos gamma dispersos por encima de los 100 teraelectronvoltios es clave para comprender el origen de los rayos cósmicos de muy alta energía, un secreto desde su descubrimiento en 1912. . “
Los experimentos con globos fueron los primeros en identificar los rayos cósmicos, revelando que son la principal fuente de radiación en la Tierra. Los rayos cósmicos son partículas de alta energía, principalmente protones, que viajan por el espacio. Todos los días, millones de estas partículas atraviesan su cuerpo. (Se consideran inofensivos).
Pero, ¿de dónde proceden los rayos cósmicos?
“Vivimos junto con los muones de los rayos cósmicos, aunque normalmente no somos sensibles a ellos”, dijo Kawata. “¿No es una fantasía pensar dónde y cómo se producen y aceleran estos rayos cósmicos a medida que viajan hasta la Tierra?”
Una teoría popular es que los aceleradores conocidos como “PeVatrons” proyectan rayos cósmicos con energías de hasta un petaelectronvoltio (PeV). Los posibles PeVatrones incluyen explosiones de supernovas, regiones de formación de estrellas y un agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia.
Hasta ahora, nadie ha detectado tales aceleradores. Si existen PeVatrones, sus rayos cósmicos deberían dejar rastros de brillantes rayos gamma esparcidos por toda la galaxia. Una nueva investigación proporciona la primera evidencia de esta neblina de alta energía.
“Estos rayos gamma no apuntaron a las fuentes de rayos gamma de alta energía más poderosas conocidas, sino que se propagaron a lo largo de la Vía Láctea”, dijo Masato Takita, coautor y colega de Kawata. “Nuestro descubrimiento confirma la evidencia de la existencia de PeVatrons”.
Los científicos ahora quieren determinar si los PeVatrons probables están activos o muertos.
“De los PeVatrons muertos que se han extinguido como los dinosaurios, solo podemos ver un rastro: los rayos cósmicos que se han formado durante varios millones de años, extendiéndose por el disco galáctico”, dijo Takita.
“Pero si podemos localizar PeVatrons activos reales, podemos estudiar muchas más preguntas”, dijo. “¿Qué tipo de estrella emiten nuestros rayos gamma sub-PeV y los rayos cósmicos asociados? ¿Cómo puede una estrella acelerar los rayos cósmicos a energía PeV? ¿Cómo se propagan los rayos dentro de nuestro disco galáctico? “
Otras direcciones futuras incluyen buscar rastros de PeVatron en el hemisferio sur y confirmar los resultados de rayos gamma con detectores de neutrinos en la Antártida y más allá.
La investigación también puede ayudarlo a buscar materia oscura. Los detectores subterráneos han permitido a los científicos cortar el ruido de fondo de los rayos cósmicos, revelando el tipo de rayos gamma puros y dispersos que se espera que emanen de la materia oscura.
“Podemos reducir el fondo de rayos cósmicos en un millón. Luego vemos el cielo con rayos gamma de alta pureza ”, dijo Takita.
Este logro experimental acerca a los físicos a descubrir dónde nacen los rayos cósmicos.
“Este trabajo pionero abre una nueva ventana a la exploración del universo extremo”, dijo Huang. “La evidencia observacional representa un hito importante al revelar el origen de los rayos cósmicos que han intrigado a la humanidad durante más de un siglo”.
Rayos gamma de mayor energía descubiertos durante el experimento Tíbet ASgamma
Más información:
Primera detección de rayos gamma sub-PeV dispersos desde un disco galáctico: evidencia de rayos cósmicos galácticos ubicuos más allá de las energías de PeV, Cartas de revisión física (2021). journalnals.aps.org/prl/accepted/… f3189e65322ea6e4b7e0
Proporcionado por la Sociedad Estadounidense de Física