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» » Las colisiones galácticas energizan los rayos cósmicos

Las enormes colisiones entre cúmulos de galaxias pueden generar algunos de los movimientos más rápidos de las partículas más energéticas del universo.

Arp 272, una notable colisión entre dos galaxias espirales, la NGC 6050 y la IC 1179, ambas forman parte del cúmulo de galaxias Hércules, situado en la constelación homónima. Las dos galaxias espirales, unidas por sus brazos remolino, se hallan alrededor de 450 millones de años luz de la Tierra.

Estas partículas subatómicas de altísima energía, conocidas como rayos cósmicos, viajando por el espacio a cerca de la velocidad de la luz, casi a 300.000 km. por segundo. En su mayoría son protones, y algunas veces son lo suficientemente fuertes como para golpear los sistemas eléctricos cuando chocan contra la Tierra.

La nueva investigación muestra que los rayos cósmicos más poderosos pueden ser acelerados a velocidades increíbles, impulsados por las ondas de una colisión de cúmulos de galaxias.

"En nuestra propia Vía Láctea, sabemos de fuentes que pueden generar tamañas partículas energéticas", señaló el autor principal, Reinout van Weeren, de la Universidad de Leiden en los Países Bajos. "Tenemos documentada una de las posibles fuentes."

Explorando el cielo

Utilizando las observaciones de tres radiotelescopios diferentes, van Weeren y sus colegas, descubrieron un arco de  emisiones de gran longitud de onda de radio en una franja de cielo. Un arco delgado, pero enormemente grande, que se extiende alrededor de 6,5 millones de años luz, que lo hace más de 60 veces más grande que el ancho de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

El arco está localizado al norte de la periferia de un cúmulo de galaxias conocido como CIZA J2242.8+5301, a unos 2,5 mil millones de años luz de la Tierra. Los astrónomos también encontraron un arco hermano, más pequeño, en el lado sur del cúmulo.

Investigaciones previas, realizadas por otros astrónomos, han demostrado que CIZA J2242.8+5301 se extiende hacia fuera, indicando la fusión con otro cúmulo. Estas fusiones galácticas son impresionantes acontecimientos, con grandes enjambres de galaxias chocando entre sí para formar una única superestructura. También tienen otras increíbles consecuencias.

"Los cúmulos de galaxias son los mayores objetos del universo", dijo van Weeren. "Si chocan dos de ellos, se obtiene una onda de choque hiper-enorme."

Los cúmulos de galaxias están embebidos en medio de un gas denso, indicó van Weeren. A medida que la onda de choque se expande, se propaga a través de este medio, como si fuera el estampido sónico a través del aire, de un avión rompiendo la barrera del sonido, añadió.

Un trazador de ondas de choque

Los científicos ya sospechaban que las ondas de choque de estos cúmulos podían acelerar las partículas hacia grandes energías. Los protones y electrones, que contienen los campos magnéticos en ambos lados de la onda de choque, rebotan hacia atrás y adelante por el choque, moviéndose cada vez más rápido hasta finalmente escapar.

Según la teoría, debiera haber huellas que delaten tal evento: Los electrones en rápido movimiento deben emitir radiación a medida que se contorsionan, giran y aceleran con la onda. Y según los investigadores, estos nuevos resultados confirman el trabajo teórico.

Los arcos de radio son trazadores directos de la onda de choque, y las llamadas "reliquias de radio" demuestran que la onda ha acelerado las partículas a cerca de la velocidad de la luz.

"Sólo por la forma, se puede decir, casi de inmediato, los resultados de una onda de choque", apuntó van Weeren.

El equipo también realizó simulaciones por ordenador de CIZA J2242.8+5301, modelando su fusión y la onda de choque resultante. Las observaciones del equipo encajan con precisión con las predicciones del modelo, dijeron los investigadores, cuyos resultados se detallan en la revista Science de 23 de septiembre.

Aceleración de mil millones de años

Los científicos creen que muchos rayos cósmicos provienen de las explosiones de supernovas en nuestra galaxia. Sin embargo, algunas partículas son demasiado energéticas para esta explicación, puntualizó van Weeren.

En 1991, por ejemplo, un detector de Utah recogió un rayo cósmico con una energía cinética de unos 50 julios, casi lo mismo que una pelota de béisbol que viaja a 97 km/h.

El nuevo estudio sugiere que algunas de estas partículas ultra-energéticas pueden provenir de las fusiones de cúmulos lejanos, extremadamente lejos de la Tierra.

Las ondas de choque, como la de CIZA J2242.8 5301, puede durar más de mil millones de años. Eso es mucho tiempo para que unas partículas consigan acelerarse a cerca de la velocidad de la luz.

El descubrimiento también muestra que se podrán precisar más ondas de choque, mediante la exploración de los cielos en busca de reliquias de radio. Si los astrónomos pueden encontrar más frentes de choque, podrán manejar mejor las colisiones de cúmulos, esos fantásticos acontecimientos que alteran la estructura de grandes extensiones del universo.

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Editor del blog Pedro Donaire

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