El telescopio VERITAS ayuda a resolver un misterio que dura un siglo: El origen de los rayos cósmicos

CFA / Ciencia Kanija
03/11/09

Hace casi 100 años, los científicos detectaron los primeros signos de rayos cósmicos – partículas subatómicas (mayormente protones) que vuelan a toda velocidad por el espacio casi a la velocidad de la luz. Los rayos cósmicos más energéticos impactan con la energía de una bola a casi 160 km/h, incluso aunque son más pequeños que un átomo. Los astrónomos se preguntaban qué fuerza natural podría acelerar las partículas a tales velocidades. Nuevas pruebas procedentes del conjunto de telescopios VERITAS demuestran que los rayos cósmicos están posiblemente impulsados por los “vientos” estelares de las estrellas en explosión.

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Estos hallazgos se publicaron en el ejemplar on-line del 1 de noviembre de la revista Nature, y está siendo presentado hoy en una conferencia de prensa en el Simposio Científico Fermi en Washington, DC.

Buscando el origen de los rayos cósmicos

Los rayos cósmicos más raros portan 100 mil millones de veces la energía generada por cualquier acelerador de partículas de la Tierra. (”Rayo cósmico” es un término equivocado histórico, dado que son partículas individuales, no un rayo o chorro). Los astrónomos han ideado ingeniosos métodos para detectar rayos cósmicos que impactan en la atmósfera de la Tierra. No obstante, detectar rayos cósmicos desde cierta distancia requiere mucho esfuerzo.

VERITAS ha encontrado nuevas pruebas de rayos cósmicos en la “Galaxia del Cigarro”, también conocida como Messier 82 (M82), la cual está situada a 12 millones de años luz de la Tierra en la dirección de la constelación de la Osa Mayor.

“Este descubrimiento ha sido predicho durante casi 20 años, pero hasta ahora ningún instrumento era lo bastante sensible para verlo”, dijo Wystan Benbow, astrofísico del Observatorio Astrofísico Smithsoniano. Benbow coordinó este proyecto para la colaboración del Sistema del Conjunto de Telescopios de Imagen de Radiación Muy Energética (VERITAS).

Las observaciones de VERITAS apoyan sólidamente la teoría mantenida desde hace mucho de que las supernovas y los vientos estelares procedentes de las estrellas masivas son los aceleradores predominantes de las partículas de los rayos cósmicos. Las galaxias con altos niveles de formación estelar como M82, también conocidas como galaxias de “estallido estelar”, tienen un gran número de supernovas y estrellas masivas. Si la teoría se mantiene, entonces las galaxias de estallido estelar deberían contener más rayos cósmicos que las galaxias normales. El descubrimiento de VERITAS confirma tal expectativa, indicando que la densidad de rayos cósmicos en M82 es aproximadamente 500 veces la media de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

“Este descubrimiento proporciona una visión fundamental en el origen de los rayos cósmicos”, dice Rene Ong, profesor de física en la Universidad de California en Los Ángeles, y portavoz de la colaboración VERITAS.

Usando rayos gamma para inferir rayos cósmicos

VERITAS no podía detectar rayos cósmicos de M82 directamente debido a que están atrapados en la Galaxia del Cigarro. En lugar de esto, VERITAS buscó pistas de la presencia de rayos cósmicos: los rayos gamma. Los rayos gamma son la forma de luz más energética, mucho más que la luz ultravioleta o incluso que los rayos-X. Cuado un rayo cósmico interactúa con el gas interestelar y la radiación dentro de M82, produce rayos gamma, los cuales pueden escapar de su galaxia madre y llegar a los detectores terrestres.

Llevó dos años de dedicada recolección de datos extraer la señal procedente de M82.

“Sabíamos que la detección de M82 tendría importantes implicaciones científicas. Como resultado, programamos una exposición excepcionalmente larga inmediatamente despúes de que el experimento estuvo completamente operativo”, dijo Benbow. “Los datos tenían que ser meticulosamente analizados para extraer la señal de rayos gamma, la cual es aproximadamente un millón de veces menos que el ruido de fondo. Aunque la señal es sólo una diminuta fracción de los datos, realizamos muchos chequeos buscando posibles sesgos y confiamos en que la señal es genuina”.

“La detección de M82 indica que el universo está lleno de aceleradores de partículas naturales, y conforme continúen avanzando los observatorios de rayos gamma terrestres, hacer nuevos descubrimientos será inevitalbe”, dijo Martin Pohl, profesor de física en la Universidad Estatal de Iowa que ayudó a dirigir el estudio. Un observatorio de rayos gamma VHE de próxima generación, el Sistema Avanzado de Imagen de Rayos Gamma (AGIS), ya está en desarrollo.