El universo está lleno de ambientes extremos, desde las temperaturas más frías hasta las fuentes de energía más altas. Como resultado, objetos extremos como restos de supernovas, púlsares y núcleos galácticos activos son capaces de emitir partículas cargadas y rayos gamma con energías increíblemente altas, hasta el punto de superar en muchos órdenes de magnitud la energía producida por la fusión nuclear en las estrellas.
Los rayos gamma detectados en la Tierra nos dicen mucho sobre estas fuentes, ya que viajan sin problemas por el espacio. Sin embargo, en el caso de las partículas cargadas, también conocidas como rayos cósmicos, la cosa es más complicada porque se ven constantemente afectadas por el campo magnético presente en todo el universo y afectan a la Tierra de forma isotrópica, es decir, desde todas las direcciones. Es más, estas partículas cargadas pierden parte de su energía al interactuar con la luz y los campos magnéticos. Estas pérdidas de energía son particularmente significativas para los electrones y positrones más potentes, conocidos como electrones de rayos cósmicos (CRe), que tienen una energía de un teraelectronvoltio (TeV) (es decir, 1.000 mil millones de veces la de la luz visible).1. Por tanto, es imposible determinar el origen de tales partículas cargadas en el espacio, aunque su detección en la Tierra es un claro indicador de que existen potentes aceleradores de partículas de rayos cósmicos en las cercanías.
Sin embargo, la detección de electrones y positrones con energías de varios teraelectronvoltios resulta especialmente complicada. Los instrumentos espaciales con un área de detección de aproximadamente un metro cuadrado no pueden capturar un número suficiente de partículas, que se vuelven cada vez más raras a medida que aumenta su energía. Por otro lado, los instrumentos terrestres, que detectan la llegada de rayos cósmicos indirectamente a través de lluvias de partículas generadas en la atmósfera terrestre, enfrentan el desafío de distinguir las lluvias causadas por electrones (o positrones) de rayos cósmicos. Una lluvia mucho más frecuente de protones y núcleos pesados de rayos cósmicos. Observatorio HESS2 Ubicado en Namibia, utiliza cinco grandes telescopios para capturar y registrar la débil radiación de Cherenkov producida por partículas y fotones fuertemente cargados que ingresan a la atmósfera de la Tierra, creando lluvias de partículas a su paso. Aunque el objetivo principal del observatorio es detectar y seleccionar rayos gamma para buscar su fuente, los datos también se pueden utilizar para buscar electrones de rayos cósmicos.
En el análisis más completo jamás realizado, los científicos de la colaboración HESS han obtenido nueva información sobre el origen de estas partículas. Los astrofísicos revisaron enormes conjuntos de datos recopilados durante una década por cuatro telescopios de 12 metros, aplicando algoritmos de selección nuevos y más potentes capaces de extraer CRe del ruido de fondo con una eficiencia sin precedentes. Esto dio como resultado un conjunto incomparable de datos estadísticos para el análisis de electrones de rayos cósmicos. Más concretamente, los investigadores de HESS pudieron obtener por primera vez datos sobre CRe en el rango de energía más alto, hasta 40 TeV. Esto les permitió detectar rupturas sorprendentemente marcadas en la distribución de energía de los electrones de los rayos cósmicos.
“Este es un resultado importante, ya que podemos concluir que el CRE medido probablemente se origina en muy pocas fuentes en las cercanías de nuestro propio Sistema Solar, como máximo a unos 1.000 años luz de distancia, a distancias mucho más pequeñas que el Sistema Solar. tamaño de nuestra galaxia”, explica Catherine Egberts, de la Universidad de Potsdam, es una de las autoras correspondientes del estudio.
“Con nuestro análisis detallado pudimos por primera vez imponer serias limitaciones al origen de estos electrones cósmicos”, añadió el profesor Hoffmann del Instituto Max Planck para Kernphysik, coautor del estudio. “El flujo muy bajo a TeV más grandes limita el potencial de las misiones espaciales para competir con estas mediciones. Como resultado, nuestras mediciones no solo proporcionan datos en un rango de energía importante y previamente inexplorado, lo que afecta nuestra comprensión del vecindario local, Pero también puede ser una referencia para los próximos años”, añadió Mathieu de Nouris, investigador del CNRS en el laboratorio Leprince-Ringuet.
Nota:
- 1 TeV = 1012 electronvoltio
- Los rayos gamma de alta energía sólo pueden observarse desde la tierra debido a un fenómeno muy específico. Cuando un rayo gamma ingresa a la atmósfera, choca con sus átomos y moléculas, creando nuevas partículas que caen al suelo como copos de nieve. Las partículas emiten destellos que duran sólo una milmillonésima de segundo (radiación Cherenkov), que pueden observarse mediante grandes telescopios terrestres especialmente equipados. El Observatorio HESS, ubicado en las Tierras Altas de Khomas en Namibia a una altitud de 1835 metros, inició oficialmente sus operaciones. En 2002. Consta de un conjunto de cinco telescopios. En las esquinas de un cuadrado se encuentran cuatro telescopios con espejos de 12 m de diámetro, y en el centro otro telescopio de 28 m. Esto permite detectar rayos gamma cósmicos a partir de unas pocas decenas de gigaelectronvoltios (GeV, 109 electronvoltios) a decenas de teraelectronvoltios (TeV, 1012 electronvoltio). En comparación, un fotón de luz visible tiene una energía de dos a tres electronvoltios. HESS es actualmente el único instrumento que observa el cielo del sur con luz de rayos gamma de alta energía. Es el sistema de telescopios más grande y sensible de su tipo.