Una ilustración del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA orbitando la Tierra. Crédito:Laboratorio de imágenes conceptuales del Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA
Un análisis combinado de datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA y el sistema estereoscópico de alta energía (H.E.S.S.), un observatorio terrestre en Namibia, sugiere que el centro de nuestra Vía Láctea contiene una "trampa" que concentra algunos de los rayos cósmicos de mayor energía, entre las partículas más rápidas de la galaxia.
"Nuestros resultados sugieren que la mayoría de los rayos cósmicos que pueblan la región más interna de nuestra galaxia, y sobre todo los más enérgicos, se producen en regiones activas más allá del centro galáctico y luego se ralentizan allí a través de interacciones con nubes de gas, ", dijo el autor principal Daniele Gaggero de la Universidad de Amsterdam." Esas interacciones producen gran parte de la emisión de rayos gamma observada por Fermi y H.E.S.S. "
Los rayos cósmicos son partículas de alta energía que se mueven por el espacio casi a la velocidad de la luz. Alrededor del 90 por ciento son protones, con electrones y los núcleos de varios átomos que componen el resto. En su viaje a través de la galaxia, estas partículas cargadas eléctricamente se ven afectadas por campos magnéticos, que alteran sus trayectorias y hacen imposible saber dónde se originaron.
Pero los astrónomos pueden aprender sobre estos rayos cósmicos cuando interactúan con la materia y emiten rayos gamma, la forma de luz de mayor energía.
En marzo de 2016, científicos del H.E.S.S. Collaboration informó evidencia de rayos gamma de la actividad extrema en el centro galáctico. El equipo encontró un resplandor difuso de rayos gamma que alcanza casi 50 billones de electronvoltios (TeV). Eso es unas 50 veces mayor que las energías de rayos gamma observadas por el Telescopio de Área Grande de Fermi (LAT). Para poner estos números en perspectiva, la energía de la luz visible varía de aproximadamente 2 a 3 electronvoltios.
La nave espacial Fermi detecta rayos gamma cuando ingresan al LAT. En el piso, H.E.S.S. detecta la emisión cuando la atmósfera absorbe rayos gamma, que desencadena una cascada de partículas que resulta en un destello de luz azul.
Los cinco telescopios del sistema estereoscópico de alta energía (H.E.S.S.), ubicado en Namibia, capturan destellos débiles que ocurren cuando los rayos gamma de energía ultra alta son absorbidos en la atmósfera superior. Un nuevo estudio del centro galáctico combina observaciones de alta energía de H.E.S.S. con datos de menor energía del telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA para mostrar que algunas de las partículas más rápidas quedan atrapadas allí. Crédito:H.E.S.S., MPIK / Christian Foehr
En un nuevo análisis, publicado el 17 de julio en la revista Cartas de revisión física , un equipo internacional de científicos combinó datos LAT de baja energía con H.E.S.S. de alta energía observaciones. El resultado fue un espectro continuo de rayos gamma que describe la emisión del centro galáctico en un intervalo de energía mil veces mayor.
"Una vez que restamos las fuentes de puntos brillantes, encontramos un buen acuerdo entre LAT y H.E.S.S. datos, lo cual fue algo sorprendente debido a las diferentes ventanas de energía y técnicas de observación utilizadas, ", dijo el coautor Marco Taoso del Instituto de Física Teórica de Madrid y del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia (INFN) en Turín.
Este acuerdo indica que la misma población de rayos cósmicos —en su mayoría protones— que se encuentran en el resto de la galaxia es responsable de los rayos gamma observados desde el centro galáctico. Pero la parte de mayor energía de estas partículas, los que llegan a 1, 000 TeV, se mueven a través de la región con menos eficiencia que en cualquier otra parte de la galaxia. Esto da como resultado un brillo de rayos gamma que se extiende a las energías más altas H.E.S.S. observado.
"Los rayos cósmicos más energéticos pasan más tiempo en la parte central de la galaxia de lo que se pensaba anteriormente, por lo que causan una impresión más fuerte en los rayos gamma, ", dijo el coautor Alfredo Urbano de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) en Ginebra e INFN Trieste.
Este efecto no está incluido en los modelos convencionales de cómo se mueven los rayos cósmicos a través de la galaxia. Pero los investigadores muestran que las simulaciones que incorporan este cambio muestran una concordancia aún mejor con los datos de Fermi.
"Las mismas colisiones de partículas vertiginosas responsables de producir estos rayos gamma también deberían producir neutrinos, el más rápido, partículas fundamentales más ligeras y menos comprendidas, ", dijo el coautor Antonio Marinelli de INFN Pisa. Los neutrinos viajan directamente a nosotros desde sus fuentes porque apenas interactúan con otra materia y porque no llevan carga eléctrica, para que los campos magnéticos no los influyan.
"Experimentos como IceCube en la Antártida están detectando neutrinos de alta energía más allá de nuestro sistema solar, pero identificar sus fuentes es mucho más difícil, "dijo Regina Caputo, un miembro del equipo de Fermi en el Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, que no participó en el estudio. "Los hallazgos de Fermi y H.E.S.S. sugieren que el centro galáctico podría detectarse como una fuerte fuente de neutrinos en un futuro cercano," y eso es muy emocionante ".
