Misterioso rayo cósmico de energía ultraalta desconcierta a los astrónomos – Física Mundial

Misterioso rayo cósmico de energía ultraalta desconcierta a los astrónomos – Física Mundial

Marca de tiempo: 27 de noviembre de 2023 11:12 a. M.
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Detección de rayos cósmicos
Diosa del Sol: ilustración de la lluvia de partículas creada por Amaterasu cuando entró en la atmósfera sobre el Telescope Array en Utah. (Cortesía: Universidad Metropolitana de Osaka/L-INSIGHT, Universidad de Kyoto/Ryuunosuke Takeshige)

Se ha detectado una partícula de rayos cósmicos con una energía aproximadamente 36 millones de veces mayor que las partículas aceleradas por el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Con 244 EeV, esta es una de las partículas más energéticas jamás observadas y fue detectada en 2021 por el Telescope Array en Utah. Si bien el rayo cósmico de energía ultraalta (UHECR) probablemente fue creado por un proceso astrofísico violento, los investigadores no pudieron rastrear su origen.

Los investigadores llamaron a la partícula Amaterasu, que es la diosa del Sol en la mitología japonesa. El récord de energía actual para un UHECR es de 320 EeV, ostentado por la partícula "Oh-My-God", que fue detectada en 1991 en Utah por un predecesor del Telescope Array.

Los UHECR son partículas subatómicas como los protones que tienen energías superiores a 1 EeV (1018 eV). Si bien parecen provenir de fuera de la Vía Láctea, sus orígenes aún no se conocen bien debido a la rareza de observarlos en la Tierra.

corte cósmico

Al buscar los orígenes de los UHECR, los astrónomos se benefician de un fenómeno llamado corte de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK). Esto ocurre porque los UHECR con energías superiores a aproximadamente 60 EeV interactúan con el fondo cósmico de microondas mientras viajan por el espacio, perdiendo energía a medida que avanzan. Esto significa que las partículas de estas energías superiores no pueden haber viajado más de unos 300 millones de años luz antes de llegar a la Tierra.

A pesar de este corte, el equipo internacional que detectó Amaterasu no sabe más sobre el origen de la partícula, según toshihiro fujii de la Universidad Metropolitana de Osaka de Japón, quien fue el primero en notar evidencia del UHECR en los datos del Telescope Array.

"Encontramos este nuevo misterio", dijo, señalando que la partícula no se correlaciona con ningún objeto astrofísico conocido. Escribiendo en el diario Ciencia:, El equipo sugiere varios orígenes posibles para Amaterasu.

oscuridad y luz

Mirando dentro del límite de GZK y suponiendo que la partícula fue desviada por el campo magnético de la Vía Láctea, un posible origen es la galaxia NGC 6946. Está a unos 25 millones de años luz de distancia y es conocida por su prodigiosa formación estelar y numerosas supernovas. Sin embargo, los astrónomos no han observado rayos gamma ni rayos X procedentes de la galaxia. La observación de esta radiación sugeriría la presencia de un objeto astrofísico capaz de acelerar los UHECR. Amaterasu también podría rastrearse hasta el Vacío Local, una región cercana con una densidad de galaxias inusualmente baja. Pero, de nuevo, no hay ningún objeto allí que pueda identificarse como fuente.

Según el equipo, otra posibilidad es que nuestra comprensión incompleta de la física de partículas más allá del Modelo Estándar pueda significar que Amaterasu viajó más lejos de lo permitido por el límite GZK. Si este es el caso, entonces podría ser que el origen de la UHECR esté tan lejos que no podamos detectar sus emisiones electromagnéticas.

Según Fujii, la fuente más exótica posible de Amaterasu es un “acelerador oscuro”, un objeto hipotético que emite UHECR pero ninguna otra radiación.

A pesar del descubrimiento y la especulación, Rafael Alves Batista, dijo un astrofísico de la Universidad Autónoma de Madrid. Mundo de la física que la observación no revela “nada nuevo” sobre las UHECR.

"Soy conservador en el sentido de que no me lanzaría a ninguna explicación más allá del Modelo Estándar", dice. “Tenemos objetos astrofísicos que efectivamente pueden generar estos rayos cósmicos de alta energía. Simplemente no sabemos cómo sucede esto, ni dónde están estos objetos, ni qué objetos están haciendo esto”.

También señala que los astrónomos tienen un conocimiento muy pobre de los campos magnéticos fuera de la Vía Láctea, lo que hace que retroceder sea muy difícil.

Completa incertidumbre

“En nuestra galaxia, realmente no conocemos [el campo magnético galáctico] pero al menos sabemos que está dentro de límites específicos. Pero, para campos magnéticos extragalácticos, es completamente incierto”, dijo Batista.

Tanto Fujii como Batista coinciden en que se necesitan más observaciones de estos raros eventos antes de que podamos comenzar a comprender los orígenes de los UHECR. También se necesitan mejoras en nuestra comprensión de los campos magnéticos extragalácticos.

Algunas de estas observaciones seguramente serán realizadas por el Telescope Array. Es el detector de rayos cósmicos más grande del hemisferio norte y actualmente se está ampliando para multiplicar por cuatro su área actual.

Hoy en día, partículas como Amaterasu se detectan aproximadamente una vez cada 15 años, pero Fujii dice que las mejoras en el Telescope Array podrían reducir esto a una vez cada cuatro años.

La investigación se describe en Ciencia:.

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