El telescopio espacial Fermi de rayos gamma encuentra una característica sorprendente de rayos gamma más allá de nuestra galaxia

El telescopio espacial Fermi de rayos gamma encuentra una característica sorprendente de rayos gamma más allá de nuestra galaxia

Fermi de la NASA encuentra una sorprendente característica de rayos gamma más allá de nuestra galaxia

El concepto de este artista muestra todo el cielo en rayos gamma, lo que ilustra con zonas magenta la incertidumbre en la dirección de los rayos gamma de energía superior a la media. En esta vista, nuestro avión galáctico se mueve por el centro del mapa. Los círculos encierran regiones con un 68% (interior) y un 95% de posibilidades de contener la fuente de estos rayos gamma. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Los astrónomos que analizan 13 años de datos del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA han encontrado una característica inesperada y aún inexplicable fuera de nuestra galaxia.

«Este fue un descubrimiento completamente fortuito», dijo el cosmólogo Alexander Kashlinsky del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA y la Universidad de Maryland en Greenbelt, quien presentó la investigación en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans. «Encontramos una señal mucho más fuerte de la que buscábamos y la encontramos en una parte diferente del cielo».

Curiosamente, la señal de rayos gamma aparece en la misma dirección y con casi la misma magnitud que otra característica inexplicable producida por algunas de las partículas cósmicas más energéticas jamás detectadas.

Se ha publicado un artículo que describe los hallazgos. Las cartas del diario astrofísico.







Arriba: Un mapa de todo el cielo de rayos gamma galácticos, en el que el plano central de nuestra galaxia, mostrado en azul oscuro sin datos, se mueve a través del centro. El punto rojo y los círculos indican la dirección aproximada de llegada de más rayos gamma que el promedio. Abajo: Un mapa similar de todo el cielo que muestra la distribución de rayos cósmicos de energía ultraalta detectados por el Observatorio Pierre Auger en Argentina. El rojo indica las direcciones de donde provienen las partículas por encima del promedio, el azul indica direcciones por debajo del promedio. Este vídeo superpone el mapa de Fermi al mapa de rayos cósmicos e ilustra la comparación de las direcciones de los dipolos. Crédito: Las cartas del diario astrofísico (2024) DOI: 10.3847/2041-8213/acfedd y colaboración con Pierre Auger

El equipo buscaba una característica de rayos gamma asociada con el CMB (fondo cósmico de microondas), la luz más antigua del universo. Los científicos dicen que el CMB se originó cuando un universo caliente y en expansión se enfrió lo suficiente como para formar los primeros átomos, un evento que liberó un estallido de luz que podría haber permeado el universo por primera vez. Esta luz, dilatada por la posterior expansión del espacio durante los últimos 13 mil millones de años, se detectó por primera vez en 1965 como débiles microondas en el cielo.

En los años 70, los astrónomos descubrieron la llamada estructura dipolo CMB, que más tarde fue medida con gran precisión por la misión COBE (Cosmic Background Explorer) de la NASA. El CMB es aproximadamente un 0,12% más caliente, con más microondas que el promedio, hacia la galaxia Leo, y más frío en la misma cantidad, con menos microondas que el promedio, en la dirección opuesta.

Para estudiar pequeñas variaciones de temperatura dentro del CMB, se debe eliminar esta señal. Los astrónomos generalmente consideran que esto es alrededor de 230 millas (370 kilómetros) por segundo como resultado del movimiento de nuestro propio sistema solar en relación con el CMB.







El equipo está buscando una señal de rayos gamma asociada con el movimiento de nuestro Sistema Solar en relación con el CMB a aproximadamente 230 millas (370 kilómetros) por segundo, que se cree que es responsable de la emisión dipolar que exhibe. En cambio, lo que encontraron fue una señal de rayos gamma 10 veces más fuerte de lo esperado debido al movimiento de nuestra galaxia y más alejada del dipolo CMB. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Este movimiento emite una señal dipolar en la luz de cualquier fuente astrofísica, pero la única que se ha medido con precisión hasta ahora es el CMB. Al buscar patrones en otras formas de luz, los astrónomos pueden confirmar o cuestionar la idea de que el dipolo es enteramente responsable del movimiento de nuestro sistema solar.

«Esta medición es importante porque la discrepancia con el tamaño y la dirección del dipolo CMB nos proporciona una idea de los procesos físicos en funcionamiento en el universo temprano, que puede tener tan solo una billonésima de segundo». dijo el coautor Fernando Atrio-Barandela, profesor de física teórica en la Universidad de Salamanca en España.

Al reunir años de datos del LAT (Telescopio de Gran Área) de Fermi, que escanea todo el cielo varias veces al día, el equipo razonó que podrían descubrir un patrón de emisión dipolar asociada en los rayos gamma. Gracias a los efectos relativistas, el dipolo de rayos gamma debería amplificarse cinco veces más que el CMB detectado actualmente.







Los científicos combinaron 13 años de observaciones del Telescopio de Gran Área Fermi de aproximadamente 3 mil millones de electronvoltios (GeV) de rayos gamma, eliminaron todas las fuentes individuales y extrajeron el plano central de nuestra Vía Láctea para analizar el fondo extragaláctico de rayos gamma. El análisis de los datos resultantes reveló una parte del cielo donde llegan rayos gamma con una energía superior a la media. La dirección no se conoce exactamente. Los círculos muestran las regiones con un 68% y un 95% de posibilidades de contener la fuente de estos rayos gamma para un método de análisis. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Los científicos combinaron 13 años de observaciones Fermi LAT de rayos gamma por encima de aproximadamente 3 mil millones de electronvoltios (GeV); En comparación, la luz visible tiene una energía de entre 2 y 3 electronvoltios. Eliminaron todas las fuentes resueltas e identificadas y eliminaron el plano central de nuestra Vía Láctea para analizar el fondo galáctico de rayos gamma.

«Encontramos un dipolo de rayos gamma, pero su pico está en el cielo del sur, lejos del CMB, y su magnitud es 10 veces mayor de lo que esperaríamos de nuestro movimiento», dijo el coautor Chris Schrader, astrofísico. en la Universidad Católica de América en Washington y Goddard. «Aunque no es lo que estamos buscando, sospechamos que podría estar relacionado con una característica similar reportada para rayos cósmicos de muy alta energía».

Los rayos cósmicos son partículas cargadas aceleradas, principalmente protones y núcleos atómicos. Unas partículas raras y extremadamente energéticas llamadas UHECR (rayos cósmicos de energía ultraalta) transportan mil millones de veces más energía que los rayos gamma de 3 GeV, y su origen es uno de los mayores misterios de la astrofísica.

El telescopio espacial Fermi de rayos gamma encuentra una característica sorprendente de rayos gamma más allá de nuestra galaxia

Tanto los dipolos de rayos gamma como los de rayos cósmicos tienen magnitudes similares: en promedio, alrededor de un 7% más de rayos o partículas gamma provienen de una dirección y una cantidad correspondientemente menor de la dirección opuesta. Crédito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA

Desde 2017, el Observatorio Pierre Auger en Argentina ha informado de un dipolo en la dirección de llegada de los UHECR. Cargados de electricidad, los rayos cósmicos son desviados por el campo magnético galáctico en diversos grados dependiendo de sus energías, pero el dipolo UHECR alcanza su punto máximo en el cielo, similar a lo que el equipo de Kashlinsky encuentra en los rayos gamma. Y ambos tienen cantidades similares: aproximadamente un 7% más de rayos gamma o partículas en promedio provenientes de una dirección y cantidades correspondientemente más pequeñas provenientes de la dirección opuesta.

Los científicos creen que es probable que ambos fenómenos estén relacionados: fuentes aún no identificadas que producen rayos gamma y partículas de energía ultraalta. Para resolver este enigma cósmico, los astrónomos deben rastrear estas misteriosas fuentes o proponer explicaciones alternativas para ambas características.

Más información:
A. Kashlinsky et al., Investigación dipolo del fondo difuso de rayos gamma, Las cartas del diario astrofísico (2024) DOI: 10.3847/2041-8213/acfedd

Proporcionado por el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA

referencia: El telescopio espacial Fermi de rayos gamma descubre una sorprendente característica de rayos gamma más allá de nuestra galaxia (11 de enero de 2024) 11 de enero de 2024 https://phys.org/news/2024-01-fermi-gamma-ray-space-telescope Sí. HTML

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