El Gran Observatorio de Duchas de Aire a Gran Altitud (LHAASO) ha descubierto una estructura de burbuja gigante de rayos gamma de energía ultraalta en la región de formación de la estrella Cygnus, que es la primera vez que se conoce el origen de los rayos cósmicos con energía superior a 10 Peta- Se ha descubierto el electronvoltio (PeV). Este logro se publicó en forma de artículo de portada en Science Bulletin. el 26 de febrero.
La investigación fue completada por la Colaboración LHAASO dirigida por el Prof. Cao Zhen como portavoz del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China. El Dr. Gao Chuandong, el Dr. Li Cong, el Prof. liu Ruoyu y el Prof. Yang Ruizhi son los coautores correspondientes del artículo.
Los rayos cósmicos son partículas cargadas provenientes del espacio exterior, compuestas principalmente por protones. El origen de los rayos cósmicos es una de las cuestiones fronterizas más importantes de la astrofísica moderna. Las mediciones de los rayos cósmicos en las últimas décadas han revelado una ruptura de alrededor de 1 PeV en el espectro de energía (es decir, la distribución de la abundancia de los rayos cósmicos en función de la energía de las partículas), que se llama la "rodilla" del espectro de energía de los rayos cósmicos debido a su forma que se asemeja a la articulación de una rodilla.
Los científicos creen que los rayos cósmicos con energía inferior a la "rodilla" se originan en objetos astrofísicos dentro de la Vía Láctea, y la existencia de la "rodilla" también indica que el límite de energía para acelerar los protones de la mayoría de las fuentes de rayos cósmicos en la Vía Láctea está alrededor de unos pocos PeV. Sin embargo, el origen de los rayos cósmicos en la región de la "rodilla" sigue siendo un misterio sin resolver y uno de los temas más intrigantes en la investigación de los rayos cósmicos en los últimos años.
LHAASO ha descubierto una estructura de burbuja gigante de rayos gamma de energía ultraalta en la región de formación de estrellas Cygnus, con múltiples fotones que exceden 1 PeV dentro de la estructura, y la energía más alta alcanza los 2,5 PeV, lo que indica la presencia de un súper acelerador de rayos cósmicos. dentro de la burbuja, que acelera continuamente partículas de rayos cósmicos de alta energía con energías de hasta 20 PeV y las inyecta en el espacio interestelar.
Estos rayos cósmicos de alta energía chocan con el gas interestelar y producen rayos gamma. La intensidad de estos fotones de rayos gamma está claramente correlacionada con la distribución del gas circundante, y el cúmulo estelar masivo (la asociación OB, Cygnus OB2) cerca del centro de la burbuja es el candidato más prometedor para el súper acelerador de rayos cósmicos. Cygnus OB2 está compuesto por muchas estrellas jóvenes, calientes y masivas con temperaturas superficiales que superan los 35.000 °C (estrellas de tipo O) y los 15.000 °C (estrellas de tipo B).
La luminosidad de la radiación de estas estrellas es de cientos a millones de veces mayor que la del sol, y la enorme presión de la radiación elimina el material de la superficie de las estrellas, formando vientos estelares dinámicos con velocidades de hasta miles de kilómetros por segundo. La colisión de vientos estelares con el medio interestelar circundante y la violenta colisión entre vientos estelares han creado sitios ideales para una aceleración eficiente de partículas.
Este es el primer acelerador de rayos súper cósmico identificado hasta el momento. Con un tiempo de observación cada vez mayor, se espera que LHAASO detecte más aceleradores de rayos súper cósmicos y, con suerte, resuelva el misterio del origen de los rayos cósmicos en la Vía Láctea.
La observación de LHAASO también ha indicado que el súper acelerador de rayos cósmicos dentro de la burbuja aumenta significativamente la densidad de los rayos cósmicos en el espacio interestelar circundante, superando con creces el nivel promedio de rayos cósmicos en la Vía Láctea. La extensión espacial del exceso de densidad incluso excede el rango observado de burbujas, proporcionando una posible explicación para el exceso de emisión difusa de rayos gamma del Plano Galáctico detectado previamente por LHAASO.
La Prof. Elena Amato, astrofísica del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF), destacó el impacto del descubrimiento en el origen de los rayos cósmicos en general. También comentó que el hallazgo "no sólo afecta nuestra comprensión de la emisión difusa, sino que también tiene consecuencias muy relevantes en nuestra descripción del transporte de rayos cósmicos (CR) en la galaxia".
LHAASO es una infraestructura científica y tecnológica clave centrada en la investigación de rayos cósmicos, ubicada a una altitud de 4410 metros en el monte Haizi en el condado de Daocheng, provincia de Sichuan, China. Se trata de un conjunto compuesto formado por un conjunto terrestre de un kilómetro cuadrado de 5216 detectores de partículas electromagnéticas y 1188 detectores de muones, un conjunto de detectores Cherenkov de agua de 78.000 metros cuadrados y 18 telescopios Cherenkov de gran angular.
LHAASO se completó en julio de 2021 y después de eso comenzó una operación estable y de alta calidad. Es el dispositivo de detección de rayos gamma de energía ultraalta más sensible del mundo. La instalación es operada por el Instituto de Física de Altas Energías y adopta un modelo de cooperación internacional universal para lograr el intercambio abierto de plataformas de instalaciones y datos de observación. Actualmente, 32 instituciones de investigación astrofísica nacionales y extranjeras se han convertido en miembros de colaboración internacional de LHAASO, con aproximadamente 280 miembros.
Más información: Colaboración LHAASO, una burbuja de rayos γ de energía ultraalta impulsada por un súper PeVatron, Science Bulletin (2023). DOI:10.1016/j.scib.2023.12.040
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
