El cielo nocturno parece sereno pero los telescopios nos dicen que el universo está lleno de colisiones y explosiones. Distante, los eventos violentos señalan su presencia arrojando luz y partículas en todas direcciones. Cuando estos mensajeros lleguen a la Tierra, los científicos pueden usarlos para trazar un mapa del cielo lleno de acción, ayudando a comprender mejor los procesos volátiles que ocurren en las profundidades del espacio.

Por primera vez, una colaboración internacional de científicos ha detectado luz muy energética procedente de las regiones más externas de un sistema estelar inusual dentro de nuestra propia galaxia. La fuente es un microcuásar, un agujero negro que devora material de una estrella compañera cercana y lanza dos poderosos chorros de material. Las observaciones del equipo, descrito en el 4 de octubre, Número 2018 de la revista Naturaleza , Sugieren fuertemente que la aceleración de electrones y las colisiones en los extremos de los chorros del microcuásar produjeron los poderosos rayos gamma. Los científicos creen que el estudio de los mensajeros de este microcuásar puede ofrecer un vistazo a los eventos más extremos que suceden en los centros de galaxias distantes.

El equipo recopiló datos del Observatorio de rayos gamma Cherenkov de agua de gran altitud (HAWC), que es un detector diseñado para observar la emisión de rayos gamma provenientes de objetos astronómicos como remanentes de supernova, quásares y estrellas densas en rotación llamadas púlsares. Ahora, el equipo ha estudiado uno de los microcuásares más conocidos, llamado SS 433, que es alrededor de 15, 000 años luz de distancia de la Tierra. Los científicos han visto alrededor de una docena de microcuásares en nuestra galaxia y solo un par de ellos parecen emitir rayos gamma de alta energía. Con la proximidad y la orientación de SS 433, los científicos tienen la rara oportunidad de observar una astrofísica extraordinaria.

"SS 433 está justo en nuestro vecindario, por lo que utilizando el amplio campo de visión único de HAWC, pudimos resolver ambos sitios de aceleración de partículas microcuásares, "dijo Jordan Goodman, un profesor universitario distinguido en la Universidad de Maryland e investigador principal de los EE. UU. y portavoz de la colaboración HAWC. "Al combinar nuestras observaciones con datos de múltiples longitudes de onda y múltiples mensajeros de otros telescopios, podemos mejorar nuestra comprensión de la aceleración de partículas en SS 433 y su gigante, primos extragalácticos, llamados quásares ".

Los quásares son agujeros negros masivos que absorben material de los centros de las galaxias, en lugar de alimentarse de una sola estrella. Expulsan activamente la radiación, que se puede ver desde todo el universo. Pero están tan lejos que la mayoría de los quásares conocidos han sido detectados porque sus chorros apuntan a la Tierra, como tener una linterna apuntando directamente a los ojos. A diferencia de, Los chorros de SS 433 están orientados lejos de la Tierra y HAWC ha detectado luz de energía similar proveniente del lado del microcuásar.

Independientemente de su origen, los rayos gamma viajan en línea recta hacia su destino. Los que llegan a la Tierra chocan con moléculas de la atmósfera, creando nuevas partículas y rayos gamma de menor energía. Cada nueva partícula luego se estrella en más cosas, creando una lluvia de partículas cuando la señal cae en cascada hacia el suelo.

HAWC, ubicado aproximadamente 13, 500 pies sobre el nivel del mar cerca del volcán Sierra Negra en México, está perfectamente situado para atrapar la lluvia de partículas en rápido movimiento. El detector está compuesto por más de 300 tanques de agua, cada uno de los cuales tiene unos 24 pies de diámetro. Cuando las partículas golpean el agua, se mueven lo suficientemente rápido como para producir una onda de choque de luz azul llamada radiación de Cherenkov. Cámaras especiales en los tanques detectan esta luz, permitiendo a los científicos determinar la historia del origen de los rayos gamma.

La colaboración HAWC examinó 1, 017 días de datos y vio evidencia de que los rayos gamma provenían de los extremos de los chorros del microquásar, en lugar de la parte central del sistema estelar. Basado en su análisis, los investigadores concluyeron que los electrones en los chorros alcanzan energías que son aproximadamente mil veces más altas que las que se pueden lograr usando aceleradores de partículas terrestres, como el Gran Colisionador de Hadrones del tamaño de una ciudad, ubicado a lo largo de la frontera entre Francia y Suiza. Los electrones de los chorros chocan con la radiación de fondo de microondas de baja energía que impregna el espacio, resultando en la emisión de rayos gamma. Este es un nuevo mecanismo para generar rayos gamma de alta energía en este tipo de sistema y es diferente de lo que los científicos han observado cuando los chorros de un objeto apuntan a la Tierra.

Ke Fang, coautor del estudio y ex investigador postdoctoral en el Joint Space-Science Institute, una asociación entre UMD y el Goddard Space Flight Center de la NASA, Dijo que esta nueva medición es fundamental para comprender lo que está sucediendo en SS 433.

"Mirar solo un tipo de luz proveniente de SS 433 es como ver solo la cola de un animal, "dijo Fang, quien actualmente es miembro de Einstein en la Universidad de Stanford. "Por lo tanto, combinamos todas sus señales, de radio de baja energía a rayos X, con nuevas observaciones de rayos gamma de alta energía, para averiguar qué tipo de bestia es realmente SS 433 ".

Hasta ahora, Los instrumentos no habían observado que SS 433 emitiera rayos gamma tan energéticos. Pero HAWC está diseñado para ser muy sensible a esta parte extrema del espectro de luz. El detector también tiene un amplio campo de visión que mira todo el cielo en todo momento. La colaboración utilizó estas capacidades para resolver las características estructurales del microquásar.

"SS 433 es un sistema estelar inusual y cada año sale algo nuevo al respecto, "dijo Segev BenZvi, otro coautor del estudio y profesor asistente de física en la Universidad de Rochester. "Esta nueva observación de rayos gamma de alta energía se basa en casi 40 años de mediciones de uno de los objetos más extraños de la Vía Láctea. Cada medición nos da una pieza diferente del rompecabezas, y esperamos utilizar nuestro conocimiento para aprender sobre la familia de los quásares en su conjunto ".