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Las fuentes de rayos cósmicos de alta energía se mapean por primera vez

Las fuentes de rayos cósmicos de alta energía se mapean por primera vez

Los rayos cósmicos de alta energía se mapean por primera vez

Inmediatamente, ciertas existencias han aumentado: en particular, tres tipos de objetos candidatos que enhebran la aguja de ser relativamente comunes en el cosmos pero potencialmente lo suficientemente especiales como para producir partículas Oh-My-God.

Estrellas de Ícaro

En 2008, Farrar y un coautor propuesto que los cataclismos llamados eventos de interrupción de las mareas (TDE) podrían ser la fuente de rayos cósmicos de energía ultra alta.

Un TDE ocurre cuando una estrella tira de un Ícaro y se acerca demasiado a un agujero negro supermasivo. El frente de la estrella siente mucha más gravedad que su parte posterior que la estrella se rompe en pedazos y se arremolina hacia el abismo. El remolino dura aproximadamente un año. Mientras dura, dos chorros de material, los fragmentos subatómicos de la estrella rota, salen disparados del agujero negro en direcciones opuestas. Las ondas de choque y los campos magnéticos en estos rayos podrían entonces conspirar para acelerar los núcleos a energías ultra altas antes de lanzarlos al espacio.

Los eventos de interrupción de las mareas ocurren aproximadamente una vez cada 100.000 años en cada galaxia, que es el equivalente cosmológico de suceder en todas partes todo el tiempo. Dado que las galaxias trazan la distribución de la materia, los TDE podrían explicar el éxito del modelo continuo de Ding, Globus y Farrar.

Glennys Farrar, astrofísica de la Universidad de Nueva York, ha ayudado a decodificar los rayos cósmicos de energía ultra alta utilizando el campo magnético de la Vía Láctea.Cortesía de Glennys Farrar

Además, el destello relativamente breve de un TDE resuelve otros acertijos. Para cuando el rayo cósmico de un TDE nos llegue, el TDE habrá estado oscuro durante miles de años. Otros rayos cósmicos del mismo TDE pueden tomar trayectorias dobladas separadas; algunos podrían no llegar hasta dentro de siglos. La naturaleza transitoria de un TDE podría explicar por qué parece haber tan poco patrón en las direcciones de llegada de los rayos cósmicos, sin fuertes correlaciones con las posiciones de los objetos conocidos. «Ahora me inclino a creer que son transitorios, en su mayoría», dijo Farrar sobre los orígenes de los rayos.

La hipótesis TDE recibió otro impulso recientemente, a partir de una observación reportado en Astronomía de la naturaleza en febrero.

Robert Stein, uno de los autores del artículo, estaba operando un telescopio en California llamado Zwicky Transient Factory en octubre de 2019 cuando llegó una alerta del observatorio de neutrinos IceCube en la Antártida. IceCube había detectado un neutrino particularmente enérgico. Los neutrinos de alta energía se producen cuando los rayos cósmicos de energía aún mayor dispersan la luz o la materia en el entorno donde se crean. Afortunadamente, los neutrinos, al ser neutrales, viajan hacia nosotros en línea recta, por lo que apuntan directamente a la fuente de su rayo cósmico padre.

Stein giró el telescopio en la dirección de llegada del neutrino de IceCube. «Inmediatamente vimos que hubo un evento de interrupción de las mareas desde la posición desde la que había llegado el neutrino», dijo.

La correspondencia hace que sea más probable que los TDE sean al menos una fuente de rayos cósmicos de energía ultra alta. Sin embargo, la energía del neutrino era probablemente demasiado baja para demostrar que los TDE producen los rayos de mayor energía. Algunos investigadores cuestionan fuertemente si estos transitorios pueden acelerar los núcleos hasta el extremo del espectro de energía observado; Los teóricos todavía están explorando cómo los eventos podrían acelerar las partículas en primer lugar.

Mientras tanto, otros hechos han dirigido la atención de algunos investigadores hacia otros lugares.

Starburst Supervientos

Los observatorios de rayos cósmicos como Auger y Telescope Array también han encontrado algunos puntos calientes, concentraciones pequeñas y sutiles en las direcciones de llegada de los rayos cósmicos de energía más alta. En 2018, Auger publicado los resultados de una comparación de sus puntos calientes con las ubicaciones de objetos astrofísicos a unos pocos cientos de millones de años luz de aquí. (Los rayos cósmicos de más lejos perderían demasiada energía en colisiones a mitad del viaje).

En el concurso de correlación cruzada, ningún tipo de objeto funcionó excepcionalmente bien, comprensiblemente, dada la desviación que experimentan los rayos cósmicos. Pero la correlación más fuerte sorprendió a muchos expertos: aproximadamente el 10 por ciento de los rayos provenían de dentro de los 13 grados de las direcciones de las llamadas «galaxias de explosión estelar». «No estaban en mi plato originalmente», dijo Michael Unger del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, miembro del equipo Auger.