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    Los astrónomos detectan rayos gamma únicos en la vida

    El profesor de la UD Jamie Holder (izquierda) y el estudiante de doctorado Tyler Williamson han estado estudiando los rayos gamma con la ayuda de los telescopios VERITAS ubicados en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en Amado, Arizona. Crédito:Universidad de Delaware

    Los científicos han descubierto algo asombroso.

    En un cúmulo de algunas de las estrellas más masivas y luminosas de nuestra galaxia, como 5, 000 años luz de la Tierra, Los astrónomos detectaron partículas aceleradas por una estrella de neutrones que giraba rápidamente al pasar por la estrella masiva que orbita solo una vez cada 50 años.

    El descubrimiento es extremadamente raro, según el astrofísico Jamie Holder de la Universidad de Delaware y el estudiante de doctorado Tyler Williamson, quienes formaron parte del equipo internacional que documentó el hecho.

    Holder llamó a este excéntrico par de estrellas unidas gravitacionalmente un "sistema binario de rayos gamma" y comparó el evento único en la vida con la llegada del cometa Halley o el eclipse solar estadounidense del año pasado.

    Las estrellas masivas se encuentran entre las estrellas más brillantes de nuestra galaxia. Las estrellas de neutrones son estrellas extremadamente densas y energéticas que resultan cuando una estrella masiva explota.

    Este sistema binario es una estrella masiva con una estrella de neutrones orbitando a su alrededor. De los 100 mil millones de estrellas en nuestra galaxia, se sabe que menos de 10 son este tipo de sistema.

    Incluso menos, solo dos sistemas, incluido este, se sabe que tienen una estrella de neutrones identificada, o pulsar, que emite pulsos de ondas de radio que los científicos pueden medir. Esto es importante porque les dice a los astrónomos con mucha precisión cuánta energía está disponible para acelerar las partículas, algo de lo que los científicos saben poco.

    "No se puede pedir un mejor laboratorio natural para estudiar la aceleración de partículas en un entorno en constante cambio, a energías mucho más allá de lo que podemos producir en la Tierra". "Dijo Holder, profesor del Departamento de Física y Astronomía de la UD.

    El proyecto fue dirigido por un equipo de científicos, incluidos Holder y Williamson, utilizando el conjunto de telescopios VERITAS en el Observatorio Fred Lawrence Whipple en Arizona, en colaboración con científicos que utilizan los telescopios MAGIC en el Observatorio Roque de los Muchachos ubicado en La Palma, una isla de las islas Canarias, España. (VERITAS son las siglas de Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System y MAGIC son las siglas de Major Atmospheric Gamma Imaging Telescopios Cherenkov).

    Uno de los telescopios VERITAS al atardecer. Crédito:Universidad de Delaware

    Los investigadores informaron recientemente sus hallazgos en el Cartas de revistas astrofísicas.

    Esperando fuegos artificiales

    La pregunta natural para muchas mentes, Cuál es la razón por la que los científicos se preocupan por las partículas aceleradas?

    "Porque nuestra galaxia está llena de ellos. Los llamamos rayos cósmicos y llevan tanta energía como la luz de todas las estrellas, "dijo Holder.

    Los astrónomos descubrieron hace más de 100 años que existen partículas aceleradas, sin embargo, cómo o dónde se aceleran estas partículas sigue siendo un misterio. Los púlsares se encuentran entre los objetos más extremos del universo y tienen campos magnéticos a su alrededor que son millones de veces más fuertes que cualquier cosa que los científicos puedan esperar construir en la Tierra. Cuando un púlsar encuentra polvo o gas cerca de una estrella masiva, las partículas cercanas se aceleran (casi a la velocidad de la luz) y chocan con lo que las rodea. El resultado es un rayo de luz de alta energía llamado radiación gamma o rayos gamma.

    Telescopios sofisticados, como los operados por VERITAS y MAGIC, puede detectar estos rayos gamma porque emiten un destello de luz azul cuando alcanzan la atmósfera de la Tierra. Si bien nuestros ojos no pueden ver estos destellos de luz porque son demasiado rápidos, solo nanosegundos de duración, estos telescopios pueden.

    Experiencia de doctorado única en la vida

    Los astrónomos descubrieron por primera vez los rayos gamma provenientes del púlsar en este inusual par de estrellas en 2008. Aproximadamente del tamaño de Newark, Delaware, el púlsar gira como el accesorio de una licuadora de cocina, emitiendo pequeños pulsos de rayos gamma y ondas de radio con cada rotación.

    Midiendo estas frecuencias de pulso de radio, los astrónomos pudieron decir qué tan rápido se movía el púlsar y calcular exactamente cuándo estaría más cerca de la estrella masiva que estaba orbitando — Nov. 13, 2017. Es un viaje que duró 50 años.

    El profesor de UD Jamie Holder es eclipsada por una de las cámaras VERITAS. Crédito:Universidad de Delaware

    Los equipos VERITAS y MAGIC comenzaron a monitorear el cielo nocturno y a rastrear la órbita del púlsar en septiembre de 2016. Al principio, ni siquiera estaban seguros de ver algo. Pero en septiembre de 2017, los astrónomos comenzaron a detectar un rápido aumento en la cantidad de rayos gamma que golpean la parte superior de la atmósfera terrestre.

    Mientras monitoreaban los datos provenientes de los telescopios VERITAS, Holder y Williamson se dieron cuenta de que el púlsar hacía algo diferente cada día.

    "Me despertaba todas las mañanas y verificaba si teníamos nuevos datos, luego analizarlo lo más rápido que pude, porque hubo momentos en los que la cantidad de rayos gamma que veíamos cambiaba rápidamente durante uno o dos días, "dijo Williamson, estudiante de doctorado de cuarto año.

    Durante el acercamiento más cercano entre la estrella y el púlsar en noviembre de 2017, Williamson notó que los telescopios VERITAS habían registrado, durante la noche, diez veces el número de rayos gamma detectados solo unos días antes.

    "Verifiqué todo dos veces antes de enviar los datos a nuestros colaboradores, "Dijo Williamson." Entonces uno de nuestros socios, Ralph Bird en UCLA, confirmó que había obtenido los mismos resultados; eso fue emocionante ".

    Aún más interesante, estos datos de observación no coincidían con lo que habían predicho los modelos predictivos.

    Generalmente hablando, Holder dijo:Los modelos existentes predijeron que a medida que el púlsar se acercaba a la estrella masiva que estaba orbitando, la cantidad de rayos gamma producidos se aceleraría lentamente, experimentan algo de volatilidad y luego decaen lentamente con el tiempo.

    "Pero nuestros datos registrados mostraron un gran aumento en el número de rayos gamma, "Esto nos dice que tenemos que revisar los modelos de cómo está sucediendo esta aceleración de partículas", dijo Holder.

    Y lo que es más, según Holder, mientras que los astrofísicos esperaban que el telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) registrara estos rayos gamma, no lo hizo. Holder dijo que la razón de esto no está clara, pero eso es parte de lo que hace que los resultados de VERITAS sean tan interesantes.

    El estudiante de doctorado de la UD Tyler Williamson de pie en una de las plataformas de acceso al telescopio VERITAS. Crédito:Universidad de Delaware

    Los astrofísicos quieren saber qué partículas se están acelerando, y qué procesos los están impulsando a estas velocidades extremas, para comprender más sobre el Universo. Holder dijo que aunque los sistemas binarios de rayos gamma probablemente no aceleran una gran parte de las partículas en nuestra galaxia, permiten a los científicos estudiar el tipo de mecanismos de aceleración que podrían producirlos.

    Trazando un futuro prometedor

    Los astrónomos no podrán volver a ver este sistema binario en funcionamiento hasta 2067, cuando las dos estrellas vuelvan a estar juntas. Para entonces, Williamson bromeó diciendo que podría ser un profesor emérito con tiempo en sus manos.

    En este momento, A Williamson no le preocupa quedarse sin cosas que hacer. Pasó tres meses en el observatorio con sede en Arizona a principios de este año, tomando medidas, realizar el mantenimiento del hardware y diseñar un control remoto para permitir a los investigadores encender las cámaras del telescopio desde una computadora dentro de una sala de control.

    "Fue una gran oportunidad para pasar tiempo práctico con los telescopios y conocer el instrumento, "dijo Williamson.

    Avanzando, Pasará el resto de sus estudios de doctorado revisando y analizando con mayor detalle las casi 175 horas de datos que recopilaron los telescopios VERITAS en 2016 y 2017.

    "Tyler es, sin duda, el estudiante de posgrado más afortunado que he conocido porque este evento que ocurre solo una vez cada 50 años, una de las cosas más emocionantes que hemos visto con nuestros telescopios en una década, ocurrió justo en medio de su trabajo de doctorado. "dijo Holder.


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