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Un descubrimiento de rayos gamma abre paso a un misterio cósmico

Los astrónomos creen que la señal recién descubierta está relacionada con rayos cósmicos, formados por protones, neutrones y núcleos atómicos.

18 enero 2024

Los astrónomos han descubierto un fenómeno inesperado e inexplicable fuera de nuestra Vía Láctea que irradia una luz de alta energía también llamados: rayos gamma. El equipo responsable del hallazgo, formado por Alexander Kashlinsky, cosmólogo de la NASA y de la Universidad de Maryland, encontró la señal de rayos gamma mientras analizaba 13 años de datos del telescopio Fermi de la NASA.  

Hasta aquí todo bien, pero este descubrimiento no termina aquí y es que lo que hace aún más extraña esta señal de rayos gamma es su ubicación dado que está situada hacia otra característica inexplicable del espacio: la fuente de algunas de las partículas cósmicas más energéticas jamás detectadas. 

El equipo cree que la señal recién descubierta está relacionada con estas partículas de alta energía, o rayos cósmicos, que están formadas principalmente por protones, neutrones y núcleos atómicos.

Estos rayos cósmicos de energía ultraalta (UHECR) tienen una energía mil millones de veces superior a la de los rayos gamma, y su origen sigue siendo uno de los mayores misterios de la astrofísica, un misterio que el descubrimiento de esta fuente de rayos gamma profundiza.  

'Cosmic microwave background'

Misteriosa señal de rayos gamma Una ilustración muestra el plano de la Vía Láctea (línea roja) con círculos magenta que representan una misteriosa señal de rayos gamma // Crédito: Goddard Space Flight Center de la NASA

Este nuevo y misterioso rasgo de los rayos gamma podría asemejarse a una característica peculiar del cosmic microwave background, traducido como ‘fondo cósmico de microondas’ (CMB). 

El CMB representa la luz más antigua del universo y es un fósil cósmico sobrante de un acontecimiento que se produjo unos 380.000 años después del Big Bang. Antes de esto, el universo era una sopa caliente y densa de electrones y protones libres a través de la cual la luz no podía viajar.  

Sin embargo, alrededor de esa época, el universo se enfrió lo suficiente como para permitir que electrones y protones se unieran para formar los átomos primigenios. La repentina ausencia de electrones libres hizo que los fotones, partículas de luz, dejaran de ser dispersados sin cesar por estas partículas cargadas negativamente. 

El universo pasó de opaco a transparente en un instante, lo que permitió el paso de la primera luz. El CMB está formado por estos primeros fotones libres. 

A medida que el universo se expandió en los casi 13.800 millones de años siguientes, estos fotones perdieron energía y ahora tienen una temperatura uniforme de unos escalofriantes -270 grados Celsius.  

Detectado por primera vez en 1964 

El CMB fue detectado por primera vez por los radioastrónomos estadounidenses Robert Wilson y Arno Penzias en mayo de 1964 como ‘radiación de microondas’ en todas las direcciones del cielo sobre la Tierra. Sin embargo, en la década de 1990, esta aparente uniformidad quedó en entredicho cuando la nave espacial Cosmic Background Explorer (COBE) de la NASA descubrió pequeñas variaciones en la temperatura del CMB. 

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COBE descubrió que el CMB es un 0,12% más caliente y tiene más microondas hacia la dirección de la constelación de Leo y es un 0,12% más frío que la media en la dirección opuesta, con menos microondas. 

Este patrón en el CMB se ha atribuido al movimiento de nuestro sistema solar - 230 millas por segundo en relación con el campo de radiación fósil. Sin embargo, si éste es el caso, deberían aparecer patrones similares causados por el movimiento del sistema solar en toda la luz procedente de fuentes astrofísicas mucho más allá del sistema solar, pero esto no se ha observado hasta la fecha. 

Los astrónomos están buscando este efecto en otros tipos de luz para poder confirmar que el patrón del CMB es el resultado de nuestro movimiento.  

¿Un misterio cósmico o dos? 

Rayos cósmicosEl equipo teoriza que, debido a esta correlación en la ubicación, es probable que los misteriosos rayos gamma y los UHECR estén relacionados

El equipo recurrió al Fermi y a su Gran Telescopio de Área (LAT), que escanea todo el cielo de la Tierra varias veces al día para recopilar y cotejar muchos años de datos. Los investigadores esperaban que los datos del LAT contuvieran un patrón de emisión dipolar que pudiera detectarse en los rayos gamma. 

Debido a los efectos de la relatividad especial y a la naturaleza de alta energía de los rayos gamma, dicho patrón debería ser cinco veces más prominente en estos datos que en la luz de microondas de baja energía del CMB. El equipo encontró algo parecido a este patrón, pero no donde esperaban. 

"Encontramos un dipolo de rayos gamma, pero su pico está situado en el cielo meridional, lejos del [pico] del CMB, y su magnitud es 10 veces mayor de lo que cabría esperar a partir de nuestro movimiento", explica Chris Shrader, miembro del equipo y astrofísico de la Universidad Católica de América. "Aunque no es lo que buscábamos, sospechamos que puede estar relacionado con una característica similar registrada para los rayos cósmicos de mayor energía". 

Existe un patrón correspondiente en las lluvias de partículas cargadas de alta energía que componen los UHECR a medida que llegan a la Tierra, que fue detectado por primera vez por el Observatorio Pierre Auger en Argentina allá por 2017.  

El equipo teoriza que, debido a esta correlación en la ubicación, es probable que los misteriosos rayos gamma y los UHECR estén relacionados, sobre todo teniendo en cuenta que fuentes no identificadas están produciendo ambos fenómenos. 

Los astrónomos quieren ahora investigar las localizaciones de estas emisiones para determinar la fuente, o quizás las fuentes, de esta luz de energía ultra alta y de estas partículas de energía ultra alta para ver si están realmente conectadas y si representan un misterio cósmico por resolver o dos.  

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