Expertos chinos confirman por primera vez el origen de los rayos cósmicos

Foto aérea de LHAASO de 2022. Foto: Cortesía del Instituto de Física de Altas Energías

El Observatorio de Lluvias de Aire a Gran Altitud (LHAASO, por sus siglas en inglés) ha descubierto una gigantesca estructura de burbujas de rayos gamma de ultra alta energía en la región de formación estelar de Cygnus. Es la primera vez en la historia de la humanidad que se descubre el origen de rayos cósmicos con una energía superior a 10 Peta-Electronvoltios (PeV), según informó el Instituto de Física de Altas Energías de la Academia China de Ciencias.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas procedentes del espacio exterior, compuestas principalmente de protones. Su origen es una de las cuestiones fronterizas más importantes de la astrofísica moderna. Las mediciones realizadas en las últimas décadas han revelado una ruptura alrededor de 1 PeV en el espectro de energía, que se denomina la "rodilla" del espectro de energía de los rayos cósmicos debido a su forma parecida a la articulación.

Los científicos creen que los rayos cósmicos con una energía inferior a la "rodilla" proceden de objetos astrofísicos dentro de la Vía Láctea, y su existencia indica además que el límite de energía para acelerar protones de la mayoría de las fuentes de rayos cósmicos de la Vía Láctea se sitúa en torno a unos pocos PeV. Sin embargo, el origen 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 encontrado en la región Cygnus una gigantesca estructura en forma de burbuja de rayos gamma de muy alta energía, con múltiples fotones que superan 1 PeV en el interior de la estructura, alcanzando la energía más alta 2,5 PeV, lo que alude a la presencia de un superacelerador de rayos cósmicos en el interior de la burbuja. Este acelera continuamente partículas de rayos cósmicos de alta energía con energías de hasta 20 PeV y las inyecta en el espacio interestelar, declaró el lunes el mencionado centro.

Mediante el estudio del interior de esta estructura en forma de burbuja, los científicos creen que existe un acelerador de rayos cósmicos, que es su punto de inicio y este produce continuamente partículas de rayos cósmicos con energías superiores a los 10 Peta electronvoltios. Gracias a las investigaciones, los científicos deducen que el cúmulo estelar masivo cercano al centro de esta estructura en forma de burbuja puede ser el origen de los rayos cósmicos que reciben, y se refieren a él como la "asociación de estrellas O" y la "asociación de estrellas B".

Se trata del primer superacelerador identificado hasta ahora, según el Instituto. Con más tiempo de observación, se espera que LHAASO detecte más de ellos y, con un poco de suerte, resuelva el misterio del origen de los rayos cósmicos en la Vía Láctea.

El análisis de LHAASO también revela que el superacelerador aumenta significativamente la densidad de rayos cósmicos en el espacio interestelar circundante, superando con creces el nivel medio de rayos cósmicos en la Vía Láctea. La extensión espacial del exceso de densidad sobrepasa incluso el rango observado de las burbujas. Esto ofrece una posible explicación para el exceso de emisión difusa de rayos gamma procedente del Plano Galáctico detectado previamente por LHAASO.

La profesora Elena Amato, reputada astrofísica del Instituto Nacional de Astrofísica de Italia, destacó el impacto del hallazgo sobre el origen de los rayos cósmicos en general. Asimismo, comentó que estos resultados "no solo afectan nuestra comprensión de la emisión difusa, sino también guardan consecuencias muy relevantes en nuestra descripción del transporte de rayos cósmicos (RC) en la Galaxia".

LHAASO es una infraestructura científica y tecnológica clave de nivel nacional centrada en el estudio de rayos cósmicos, situada a 4410 metros de altitud en el monte Haizi, en el distrito de Daocheng, provincia suroccidental china de Sichuan. La obra quedó concluida en julio de 2021 y poco después empezó operaciones de forma estable y con alta calidad, además es el dispositivo de detección de rayos gamma de ultra alta energía más sensible del mundo.