Los astrónomos han descubierto una característica inesperada e inexplicable fuera de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que irradia luz de alta energía llamada rayos gamma.
El equipo detrás del descubrimiento, incluido el cosmólogo de la NASA y la Universidad de Maryland, Alexander Kashlinsky, encontró la señal de rayos gamma mientras buscaba en 13 años de datos del telescopio de la NASA. Telescopio Fermi.
“Es un descubrimiento completamente fortuito”, Kashlinsky dijo en un comunicado. “Encontramos una señal mucho más fuerte y en una parte diferente del cielo que la que estábamos buscando”.
¿Qué hace esto? rayo gamma La señal aún más extraña es el hecho de que está ubicada hacia otra característica inexplicable en el espacio, la fuente de algunas de las partículas cósmicas más energéticas jamás detectadas.
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El equipo cree que la señal recién descubierta está relacionada con estas partículas de alta energía, o rayos cósmicosque están formados principalmente por protones, neutrones y núcleos atómicos.
Estos rayos cósmicos de energía ultraalta (UHECR) transportan más de mil millones de veces la energía de los rayos gamma, y sus orígenes siguen siendo uno de los mayores misterios de la astrofísica, un misterio que el descubrimiento de esta fuente de rayos gamma profundiza.
La búsqueda de fósiles cósmicos llevó a la sorpresa de los rayos gamma
Esta nueva característica misteriosa de los rayos gamma puede ser similar a una característica peculiar del fondo cósmico de microondas (CMB).
La CMB representa la luz más antigua del universo y es un fósil cósmico sobrante de un evento ocurrido unos 380.000 años después de la Big Bang. Antes de esto, el universo había sido una sopa densa y caliente de electrones y protones libres a través de la cual la luz no podía viajar.
Alrededor de esta época, sin embargo, el universo lo suficientemente enfriado para permitir que los electrones y los protones se unan para formar átomos primordiales. La repentina falta de electrones libres significó que los fotones, partículas de luz, ya no fueran dispersados infinitamente por estas partículas cargadas negativamente.
El universo efectivamente pasó de ser opaco a transparente en un instante, permitiendo que viajara la primera luz. El CMB está formado por estos primeros fotones que viajan libremente.
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A medida que el universo se expandió en los siguientes casi 13.800 millones de años, estos fotones perdieron energía y ahora tienen una temperatura uniforme de unos escalofriantes -454 grados Fahrenheit (-270 grados Celsius).
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. Tierra. En la década de 1990, sin embargo, esta aparente uniformidad fue cuestionada cuando la nave espacial Cosmic Background Explorer (COBE) de la NASA descubrió pequeñas variaciones en la temperatura del CMB.
COBE descubrió que el CMB es un 0,12% más caliente y tiene más microondas en la dirección de la constelación Leo y es un 0,12% más frío que la media en la dirección opuesta, con menos microondas.
Este patrón, o “dipolo”, 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 este fuera el caso, dipolos similares causados por el movimiento del sistema solar deberían surgir con toda la luz procedente de fuentes astrofísicas mucho más allá del sistema solar, algo que hasta ahora no se ha observado.
Los astrónomos están buscando este efecto en otros tipos de luz para poder confirmar que el dipolo CMB es el resultado de nuestro movimiento.
“Esta medición es importante, porque un desacuerdo con el tamaño y la dirección del dipolo CMB podría proporcionarnos una idea de los procesos físicos que operaban en el universo primitivo, potencialmente hasta cuando tenía menos de una billonésima de segundo de edad. ” dijo el miembro del equipo Fernando Atrio-Barandela, profesor de física teórica en la Universidad de Salamanca en España.
¿Un misterio cósmico o dos?
El equipo recurrió a Fermi y su Telescopio de Gran 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 dentro de los datos LAT estuviera enterrado un patrón de emisión dipolar que pudiera detectarse en rayos gamma.
Debido a los efectos de relatividad especial y la naturaleza de alta energía de los rayos gamma, dicho dipolo 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 se encuentra en el cielo del sur, lejos del CMB [peak]y su magnitud es 10 veces mayor de lo que esperaríamos de nuestro movimiento”, dijo el miembro del equipo Chris Shrader, astrofísico de la Universidad Católica de América. “Aunque no es lo que estábamos buscando, sospechamos que puede estar relacionado a una característica similar reportada para los rayos cósmicos de mayor energía”.
Hay un dipolo 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 en 2017.
Aunque estas partículas cargadas se desvían del campo magnético del vía Láctea y otros campos magnéticos a medida que viajan hacia la Tierra, y la fuerza de esta desviación depende de la energía de la partícula y su carga, el dipolo UHECR todavía alcanza su punto máximo en una ubicación similar a donde Kashlinsky y sus colegas encontraron la fuente de rayos gamma.
El equipo teoriza que, debido a esta correlación en la ubicación, los misteriosos rayos gamma y los UHECR probablemente estén relacionados, especialmente considerando que fuentes no identificadas están produciendo ambos fenómenos.
Los astrónomos ahora quieren investigar las ubicaciones de estas emisiones para determinar la fuente, o quizás las fuentes, de esta luz de energía ultraalta y estas partículas de energía ultraalta para ver si realmente están conectadas y si representan un misterio cósmico que resolver o dos.
Los hallazgos del equipo fueron presentados en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans, Luisiana, por Kashlinsky y se analizan en un papel publicado el miércoles (10 de enero) en The Astrophysical Journal Letters.