Los astrofísicos de la Universidad Estatal de Michigan han avanzado en desentrañar un misterio centenario sobre los orígenes de los rayos cósmicos galácticos. Sus estudios recientes identificaron una nebulosa de viento de púlsar como una fuente potencial detrás de una señal del observatorio LHAASO de China. Los hallazgos, presentados en la reunión de la American Astronomical Society, ofrecen nuevas perspectivas sobre estas partículas de alta energía.
Los rayos cósmicos, partículas de alta energía que viajan cerca de la velocidad de la luz, fueron descubiertos por primera vez en 1912, pero sus orígenes precisos dentro de la Vía Láctea han desconcertado a los científicos desde entonces. Estas partículas probablemente emergen de entornos cósmicos extremos, como agujeros negros, regiones de formación estelar o restos de estrellas explotadas, que también pueden generar neutrinos.
Shuo Zhang, profesora asistente de física y astronomía en la Universidad Estatal de Michigan, lideró dos estudios que proporcionan nuevas pistas. En el primero, el investigador postdoctoral Stephen DiKerby analizó una misteriosa fuente de alta energía detectada por el Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO) utilizando datos del telescopio espacial XMM-Newton. La identificó como una nebulosa de viento de púlsar, una región en expansión energizada por un púlsar y llena de partículas como electrones y protones. Esto la clasifica como uno de los pocos PeVatrons conocidos, aceleradores naturales capaces de impulsar partículas a energías de petaelectronvoltios, superando con creces las instalaciones hechas por el hombre.
"Los rayos cósmicos son mucho más relevantes para la vida en la Tierra de lo que podrías pensar", dijo Zhang. "Alrededor de 100 billones de neutrinos cósmicos de fuentes lejanas, como agujeros negros, atraviesan tu cuerpo cada segundo. ¿No quieres saber de dónde vienen?"
El segundo estudio involucró a los estudiantes universitarios Ella Were, Amiri Walker y Shaan Karim, quienes utilizaron el telescopio de rayos X Swift de la NASA para investigar otras fuentes de LHAASO. Establecieron límites superiores en las emisiones de rayos X, lo que podría dirigir investigaciones futuras.
Estos resultados se compartieron en la 246.ª reunión de la American Astronomical Society en Anchorage, Alaska. De cara al futuro, el equipo de Zhang planea integrar datos del IceCube Neutrino Observatory con observaciones de rayos X y gamma para explorar por qué algunas fuentes producen neutrinos y otras no.
"Mediante la identificación y clasificación de fuentes de rayos cósmicos, nuestro esfuerzo puede proporcionar idealmente un catálogo completo de fuentes de rayos cósmicos con clasificación", dijo Zhang. "Eso podría servir como legado para futuros observatorios de neutrinos y telescopios tradicionales para realizar estudios más profundos sobre los mecanismos de aceleración de partículas."
"Este trabajo requerirá colaboración entre físicos de partículas y astrónomos", añadió. "Es un proyecto ideal para el grupo de física de alta energía de la MSU."
La investigación, detallada en The Astrophysical Journal (DOI: 10.3847/1538-4357/adb7e0), está financiada por subvenciones de observación de la NASA y una subvención de análisis IceCube de la National Science Foundation. Comprender los PeVatrons podría arrojar luz sobre la formación de galaxias y la materia oscura.