Observatorio HAWC detecta una nueva fuente de rayos gamma

Jueves, 04 Octubre 2018 12:41 Escrito por Redacción

    Puebla, Puebla, a 4 de octubre. Un equipo internacional de científicos detectó una fuente de altas energías proveniente de las regiones externas de un extraño sistema estelar ubicado en nuestra galaxia.

    Se trata de un micro-cuásar –un agujero negro que engulle materia de una estrella compañera y emite parte de ella en poderosos jets. Los resultados publicados hoy en la revista Nature sugieren que la aceleración de electrones en los extremos de los jets de este objeto son los responsables de la emisión de rayos gamma que hoy se reporta. Los astrofísicos apuntan que el estudio de la radiación de este micro-cuásar ofrece un panorama análogo al de eventos extremos que suceden en el centro de galaxias distantes.

    El equipo de astrofísicos utilizó el observatorio de rayos gamma HAWC, que es un instrumento diseñado para detectar emisiones de rayos gamma de muy alta energía provenientes de objetos astronómicos como remanentes de supernovas, pulsares y cuásares. Ahora, el equipo de HAWC ha estudiado uno de los micro-cuásares más conocidos, llamado desde hace casi cuarenta años como SS 433, que está a 15 mil años luz de distancia. A la fecha se han descubierto no más de una docena de micro-cuásares en nuestra galaxia, y sólo un par de ellos emite rayos gamma de alta energía. Debido a su proximidad y orientación, SS 433 ofrece una oportunidad única de hacer astrofísica extraordinaria.

    “SS 433 está en nuestra galaxia, y gracias al amplio campo de visión de HAWC fuimos capaces de distinguir las regiones de aceleración de partículas en el micro-cuásar”, dijo Jordan Goodman, físico de la Universidad de Maryland y líder de la colaboración HAWC por parte de Estados Unidos, quien añadió: “combinando nuestras observaciones con datos de otros telescopios en múltiples longitudes de onda, podemos mejorar nuestro entendimiento de SS 433 y sus primos extragalácticos llamados cuásares”.

    A su vez, el doctor Alberto Carramiñana Alonso, investigador del Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), anterior representante de México en la colaboración HAWC y revisor interno de esta investigación, subrayó que los cuásares son agujeros negros con masas miles de millones de veces la del Sol que se alimentan del material en el centro de las galaxias y que emiten radiación que puede ser vista a través del Universo. Hasta el momento, los cuásares que se han detectado son aquellos cuyos jets están orientados hacia nuestro planeta. En contraste, objetos como SS 433 tienen hoyos negros de apenas unas diez masas solares, y sus jets están orientados hacia otro lado. El que HAWC haya detectado luz energética proveniente de los costados del micro-cuásar es altamente significativo.

    Independientemente de dónde se originen, los rayos gamma viajan en línea recta. Los que llegan a la Tierra chocan con moléculas en la atmósfera, creando una cascada de miles de partículas con menor energía.

    HAWC, ubicado a cuatro mil cien metros sobre el nivel del mar en las faldas del Volcán Sierra Negra en Puebla, México, está diseñado para captar estas cascadas de partículas que se forman en la atmósfera. El detector está integrado por 300 tanques de agua, en la cual las partículas de la cascada producen una luz azul conocida como luz Cherenkov. Fotosensores especiales situados en el interior de los tanques detectan esta luz, permitiendo a los científicos estudiar el origen de los rayos gamma.

    Los miembros de la colaboración HAWC examinaron los datos tomados a lo largo de poco más de mil días de operación, encontrando evidencia de que los rayos gamma provenían de los extremos de los jets del micro-cuásar, y no de la región central del sistema. Con base en su análisis, los investigadores concluyeron que los electrones en los jets tienen energías mil veces más altas de las que se pueden alcanzar en los mayores aceleradores de partículas en la Tierra, como el Gran Colisionador de Hadrones.  Los electrones en los jets chocan con la radiación del fondo de microondas de baja energía que permea el espacio para producir la emisión de rayos gamma observada. Éste es un nuevo mecanismo para obtener rayos gamma de alta energía de este tipo de sistemas y es diferente a lo que se ha observado cuando los jets están dirigidos hacia la Tierra.

    Ke-Fang, coautora del estudio como estudiante posdoctoral la Universidad de Maryland, dijo que estas nuevas observaciones son críticas para entender lo que sucede en SS 433. “Ver únicamente la luz visible que proviene de SS 433 es como ver la cola de un animal”, dijo Fang, actualmente Fellow Einstein de la Universidad de Stanford. “Combinando todo tipo de señales, desde ondas de radio hasta rayos X con observaciones de rayos gamma de alta energía, podemos entender mejor qué clase de bestia es SS 433”.

    Hasta ahora, los instrumentos no habían obtenido información tan detallada de SS 433 porque este micro-cuásar está situado cerca de un remanente de supernova que también emite rayos gamma. Pero HAWC cuenta con un amplio campo de visión que observa el cielo completo cada noche. Esta característica permite al detector, que funciona como una cámara con un lente angular de larga exposición, distinguir las distintas características del micro-cuásar, aún cuando esté oscurecido por su entorno.

    “SS 433 es un sistema estelar atípico, es uno de los objetos más raros en la Vía Láctea, y cada año revela algo nuevo. Estas observaciones de rayos gamma nos revelan una pieza diferente del rompecabezas y esperamos utilizar nuestro conocimiento para aprender más de los cuásares en general”, concluyó el doctor Carramiñana. Entre los autores del artículo de Nature se encuentran Alberto Carramiñana, Ibrahim Torres, Daniel Rosa, Anna Lia Longinotti, Sara Coutiño, Tomás Capistrán del INAOE.

Artículo:

“Very high energy particle acceleration powered by the jets of the microquasar SS 433,” A.U. Abeysekara et al., Nature (2018)
Doi: https://doi.org/10.1038/s41586-018-0565-5

Fondos:

La colaboración HAWC es posible gracias a los fondos de distintas instancias como la US National Science Foundation (NSF), el US Department of Energy Office of High-Energy Physics, el Laboratory Directed Research and Development program of Los Alamos National Laboratory; el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, México (grants 271051, 232656, 260378, 179588, 239762, 254964, 271737, 258865, 243290, 132197, and 281653)(Cátedras 873, 1563), el Laboratorio Nacional HAWC de rayos gamma; L’OREAL Fellowship for Women in Science 2014, la Red HAWC, México; la Dirección General de Asuntos del Personal Académico de la Universidad Nacional Autónoma de México, la Vicerrectoría de Investigación y Estudios de Posgrado de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla), el Programa Integral de Fortalecimiento Institucional 2012 y 2013, el Programa de Fortalecimiento de la Calidad en Instituciones Educativas 2014 y 2015, la University of Wisconsin Alumni Research Foundation, el Institute of Geophysics, Planetary Physics, and Signatures at Los Alamos National Laboratory, el Polish Science Centre grant DEC-2014/13/B/ST9/945 and DEC-2017/27/B/ST9/02272, y la Coordinación de la Investiga-ción Científica de la Universidad Michoacana. Agradecemos a S. Delay, L. Díaz y E. Murrieta por su apo-yo técnico y reconoce a Richard Mushotzky por proveer los datos del XMM-Newton. Para más informa-ción consultar

https://www.hawc-observatory.org/ y http://jqi.umd.edu/news/podcast/jqi-podcast-episode-12

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Acerca del INAOE:

El Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica es un centro de investigación científica de prestigio internacional. Está ubicado en Santa María Tonantzintla, Puebla, y pertenece al Sistema de Centros Públicos de Investigación del CONACYT. Sus objetivos principales son realizar investigación de frontera en Astrofísica, Óptica, Electrónica y Ciencias Computacionales, formar recursos humanos de primer nivel en las citadas áreas, e identificar y resolver algunos de los problemas científicos y tecnológicos más importantes en el país y en el mundo. Para mayor información consultar www.inaoep.mx

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