Rayos gamma ultra-energéticos en nebulosas de pulsares

“Un estudio aporta evidencia de la universalidad de estas emisiones en el entorno de los pulsares”

El descubrimiento de nebulosas alrededor de los pulsares más poderosos, emitiendo rayos gamma a las más altas energías, podría poner en entredicho el origen de los rayos cósmicos. Los pulsares son estrellas de neutrones increíblemente compactas y altamente magnetizadas rodeadas de una nebulosa creada por partículas y vientos emanados del pulsar.

“Aprovechando el amplio campo de visión del observatorio de rayos gamma HAWC, exploramos el entorno de una lista de pulsares particularmente energéticos. Encontramos evidencia de que la emisión de rayos gamma de energía extrema es un rasgo preponderante en estos objetos”, relata Kelly Malone, astrofísica de Los Alamos National Laboratory, en Nuevo México, y autora principal de este trabajo.

La colaboración HAWC (siglas en inglés de High Altitude Water Cherenkov) está formada por más de cien investigadores de distintas partes del mundo, principalmente México y Estados Unidos. Malone desarrolló un algoritmo para estimar las energías de los rayos gamma detectados con HAWC, sobre el cual se basa el análisis presentado en esta publicación.

El consenso entre la comunidad es que rayos gamma de energía ultra alta, por encima de 56 TeV (tera-electronvolts), provienen de fuentes de rayos gamma y neutrinos bautizadas como “Pevatrones“, debido a que deben acelerar rayos cósmicos hasta energías de Peta-electronvolts (1 PeV = 1015 eV). Estas energías son mucho mayores que las producidas en los más poderosos aceleradores terrestres. La naturaleza de los “Pevatrones” ha sido cuestionada a raíz de que la colaboración HAWC publicó un catálogo de nueve objetos con emisión de rayos gamma por encima de 56 TeV, el conjunto de fuentes con la radiación más energética detectada a la fecha. Destacó el hecho de que las nueve fuentes coinciden posicionalmente con los pulsares más energéticos.

En este nuevo trabajo la colaboración buscó evidencias de rayos gamma, o fotones, ultra-energéticos alrededor de otros pulsares de características similares.

“Encontramos que la emisión de fotones de energía extrema parece ser un rasgo universal en estos objetos. Estos rayos gamma provienen probablemente de la interacción del viento del pulsar con su entorno. Esto nos permite esbozar cómo los rayos gamma de mayor energía se producen en nuestra galaxia,” dice Malone. “Ahora que sabemos que los vientos de pulsares dan lugar a estas emisiones, podemos enfocarnos a detectar más de ellos en estudios a más largo plazo y con nuevos y mejores observatorios.”

“No deja de ser asombroso que las estrellas de neutrones, de tan sólo veinte kilómetros de diámetro, generen a través de su rotación y campo magnético miles de veces más energía que el Sol, pero en forma de electrones y positrones de altísima energía empujando poderosos vientos que impactan el entorno a distancias de miles de millones de kilómetros”, comenta Alberto Carramiñana, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE) y vocero de la colaboración HAWC por México.

“Investigadores y estudiantes del posgrado del INAOE participan activamente en el proyecto HAWC, siendo una de las instituciones fundadoras del mismo. Esta publicación complementa el trabajo desarrollado por HAWC en los últimos años en los cuales se detalla la observación de fotones con las más altas energías en los pulsares más poderosos y cercanos a la Tierra, el Cangrejo y Geminga”, comenta Daniel Rosa González, representante del INAOE ante la colaboración HAWC.

En los últimos dos años, la colaboración HAWC ha hecho una expansión del detector para mejorar su respuesta en el rango de altas energías. Adicionalmente, muchos de los colaboradores están involucrados en el proyecto SWGO (siglas en inglés de “Southern Wide-Field Gamma-ray Observatory”), sucesor de HAWC planeado para el hemisferio Sur y que debe ser particularmente sensible por encima de 50 TeV. Al respecto Ibrahim Torres, investigador del INAOE y responsable del sitio de HAWC, menciona:

“HAWC, ubicado a 4,100 metros sobre el nivel del mar es el observatorio de rayos gamma más grande del mundo en su tipo. Sin embargo, ahora estamos diseñando un nuevo observatorio, el SWGO, que será diez veces más grande que HAWC y se instalará a una mayor altura en el hemisferio Sur. HAWC y otros observatorios podrán monitorear el cielo en búsqueda de nuevos descubrimientos. Investigadores del INAOE participan activamente en el nuevo proyecto.”

El observatorio de rayos gamma HAWC es un arreglo de tanques de agua de gran volumen instrumentados para fungir como detectores de partículas de altas energías ubicado en la meseta norte del Volcán Sierra Negra, dentro del Parque Nacional Pico de Orizaba. El observatorio aprovecha la altura y condiciones benignas del parque para el estudio de partículas energéticas provenientes del cosmos.

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