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» » Una 'superburbuja' estelar genera rayos cósmicos

Una gran burbuja de gas caliente y enrarecido se ha revelado como una fuente de rayos cósmicos, esas misteriosas partículas que machacan la Tierra continuamente. La observación de esta superburbuja, que mide más de 100 años luz de diámetro, se llevó a cabo usando el satélite Fermi de rayos gamma de la NASA y nos da pistas sobre el origen de los rayos cósmicos, en regiones de formación estelar masiva.

Los rayos cósmicos son protones de alta energía, núcleos y electrones que llegan a la Tierra desde el espacio. Desde que fueron descubiertos en 1912, por el físico austríaco Victor Hess, los científicos han debatido de dónde vienen y cómo se aceleran. Viajando a casi la velocidad de la luz, poseen tanta energía, de un orden de magnitud más alto del que se puede lograr en los más poderosos aceleradores de la Tierra.

Muchos científicos creen que los rayos cósmicos, con una energía de hasta 10^15 eV, son acelerados por las ondas de choque producidas por una supernova que expulsa material hacia el espacio a velocidades muy altas. Analizaron en 2003, los datos de Advanced Composition Explorer spacecraft de la NASA, ofreciendo evidencias indirectas de que al menos algunos rayos cósmicos se aceleran dentro de las regiones de formación estelar masiva, donde reside un 80% de los remanentes de supernova. El satélite midió la abundancia relativa de los diferentes isótopos en las muestras de los rayos cósmicos que alcanzan la Tierra, y se halló que mientras que las cuatro quintas partes de este material se asemeja a la que se encuentra en nuestro propio sistema solar, aproximadamente la quinta parte restante corresponde a material eyectado por las estrellas pesadas.

Un soporte más directo

La investigación más reciente proporciona un apoyo más directo a esta hipótesis. Un equipo internacional de astrofísicos han vuelto a analizar los datos del Fermi, y ha encontrado una fuente extensa de rayos gamma procedente del interior de la región de la constelación de Cygnus. Dicha emisión de rayos gamma se extiende a lo largo de una línea de unos 160 años luz, entre dos cúmulos de estrellas masivas, que contiene más de 500 estrellas masivas y otro de unas 75 estrellas.

Las estrellas masivas se forman dentro de las nubes densas de gas, y a medida que crecen van expulsando materia en forma de vientos estelares, y cuando explotan, se convierten en supernovas. La presión de estas eyecciones empuja el gas lejos de las estrellas, creando cavidades o burbujas en torno a ellas. Estas burbujas pueden crecer hasta que se funden con las burbujas de estrellas vecinas, produciendo así las superburbujas.

Los investigadores del Fermi creen que los rayos gamma observados son el producto de los rayos cósmicos que se producen dentro de una superburbuja, que luego interactúan con el gas y la luz contenido dentro de la burbuja. Los astrofísicos utilizan los rayos gamma para observar el comportamiento de los rayos cósmicos, ya que, a diferencia de los rayos cósmicos, los gamma no son desviados por los campos magnéticos que permean el espacio, y por lo tanto, sus orígenes son más fáciles de identificar.

La idea de que el satélite Fermi pueda ver los rayos cósmicos que se producen dentro de la superburbuja Cygnus, añade un soporte adicional, dado el número relativamente grande de fotones de alta energía que se detectan. Este espectro "duro" de rayos gamma sugiere que los rayos cósmicos se aceleran cerca de donde se producen los rayos gamma, es decir, dentro de la superburbuja. La emisión de rayos gamma producidos por los rayos cósmicos en las cercanías de la Tierra, por el contrario, tiene un espectro "suave" debido a que los rayos cósmicos han viajado muy lejos de sus fuentes y pierden energía en el proceso.

La primera huella

"Esta es la primera vez que tenemos pruebas concluyentes de unos rayos cósmicos provinientes del interior de regiones de formación estelar masivas", dice Luigi Tibaldo, miembro del grupo de la Universidad de Padua, en Italia. "Es un importante paso adelante en la búsqueda de comprender el misterio de los rayos cósmicos."

El siguiente paso es averiguar exactamente qué produce esta aceleración. Como explica Tibaldo, el culpable podría ser las ondas de choque aisladas, generadas por los remanentes de una sola supernova, o bien la acción colectiva de muchas ondas de choque diferentes. Aclarar esta cuestión implica una mayor resolución de las observaciones de la superburbuja Cygnus, así como modelos más refinados de aceleración en la superburbuja y, por supuesto, más datos de otras grandes regiones de formación estelar, tanto dentro como fuera de nuestra galaxia.

No obstante, Tibaldo señala que la aceleración de la superburbuja como no podía resolver el misterio de los rayos cósmicos en solitario, ya que las ondas de choque producidas por las supernovas o cúmulos de estrellas masivas no empujan lo suficiente para acelerar los rayos cósmicos de las energías tan altas como las observadas, 10^20 eV, y más altas aún.

Alan Watson, de la Universidad de Leeds, que no forma parte del equipo de Fermi, cree que estos últimos resultados son "un descubrimiento importante" en la física de rayos cósmicos, ya que, "está claro que los investigadores han establecido que hay partículas recién aceleradas en la región de la superburbuja", aunque argumenta que "quedan cuestiones pendientes", como el que si esas partículas aceleradas son protones o electrones. "Desafortunadamente, no parece que el problema del origen de los rayos cósmicos vaya a ser completamente resuelto a tiempo, para el centenario de su descubrimiento, en agosto de 2012", añade.


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Editor del blog Pedro Donaire

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