Los astrónomos han descubierto una característica inesperada e inexplicable fuera de nuestra galaxia, la Vía Láctea, que emite luz de alta energía conocida como rayos gamma.
El equipo detrás del descubrimiento, que incluye a la NASA y Alexander Kashlinsky de la Universidad de Maryland, descubrió la señal de rayos gamma mientras buscaba 13 años de datos en el telescopio Fermi de la NASA.
«Este fue un descubrimiento puramente accidental», dijo Kashlinsky en un comunicado. «Encontramos una señal mucho más fuerte de la que buscábamos y la encontramos en una parte diferente del cielo».
Lo que hace que esta señal de rayos gamma sea aún más extraña es que está ubicada hacia otra característica inexplicable en el espacio, la fuente de algunas de las partículas cósmicas más energéticas jamás descubiertas.
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El equipo cree que la señal recién detectada está relacionada con estas partículas de alta energía, o rayos cósmicos, que están compuestos principalmente de protones, neutrones y núcleos atómicos.
Estos rayos cósmicos de energía ultraalta (UHECR) transportan miles de millones de veces la energía de los rayos gamma y su origen es uno de los mayores misterios de la astrofísica: el descubrimiento de esta fuente de rayos gamma es un profundo misterio.
La búsqueda de fósiles cósmicos llevó a la sorpresa de los rayos gamma
Esta nueva y misteriosa característica de rayos gamma se asemeja a un rasgo característico del fondo cósmico de microondas (CMB).
El CMB representa la luz más antigua del universo y es un fósil cósmico que quedó de un evento que ocurrió unos 380.000 años después del Big Bang. Antes de esto, el universo era una sopa densa y caliente de electrones y protones libres a través de la cual la luz no podía viajar.
Sin embargo, durante este tiempo, el universo se enfrió lo suficiente como para permitir que los electrones y protones se agruparan para formar átomos primordiales. La repentina falta de electrones libres hace que los fotones, partículas de luz, sean dispersados infinitamente por estas partículas cargadas negativamente.
El universo pasó de opaco a transparente en un instante, permitiendo que la primera luz lo atravesara. El CMB está formado por estos primeros fotones que viajan libremente.
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A medida que el universo se expandió durante los siguientes 13.800 millones de años aproximadamente, estos fotones perdieron energía y ahora tienen una temperatura uniforme de menos 454 grados Fahrenheit (menos 270 grados Celsius).
El CMB fue descubierto por los radioastrónomos estadounidenses Robert Wilson y Arno Penzias en mayo de 1964 como radiación de microondas en todas direcciones en el cielo sobre la Tierra. En la década de 1990, 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 hacia la constelación de Leo, y un 0,12 % más frío que el promedio en la dirección opuesta con menos microondas.
Este patrón o «dipolo» en el CMB es responsable del movimiento de nuestro Sistema Solar: 230 millas por segundo en relación con el campo de radiación fósil. Si este es el caso, dipolos similares causados por el movimiento del Sistema Solar deberían surgir con toda la luz procedente de fuentes astrofísicas más allá del Sistema Solar, pero esto no se ha observado hasta ahora.
Los astrónomos están buscando este efecto en otras formas de luz para poder confirmar que el dipolo CMB es el resultado de nuestro movimiento.
«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 pueden tener menos de una billonésima de segundo de antigüedad», dijo el equipo. Miembro Fernando Atrio-Barandela, profesor de física teórica de 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 almacenar muchos años de datos. Los investigadores esperan que un patrón de emisión dipolar detectable en rayos gamma esté oculto en los datos LAT.
Debido a los efectos de la 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 similar a este patrón, pero no donde esperaban.
«Encontramos un dipolo de rayos gamma, pero su pico está en el cielo del sur, lejos (del pico) del CMB, y su magnitud es 10 veces mayor de lo que esperaríamos de nuestro movimiento», dijo Chris Schrader, miembro del equipo. Astrofísico de la Universidad Católica de América. «Aunque no es lo que estamos buscando, sospechamos que podría estar relacionado con una característica similar reportada para rayos cósmicos de muy alta energía».
Hay un dipolo correspondiente en las lluvias de partículas cargadas de alta energía que componen los UHECR cuando llegan a la Tierra, identificado por primera vez en 2017 por el Observatorio Pierre Auger en Argentina.
Estas partículas cargadas se desvían del campo magnético de la Vía Láctea y otros campos magnéticos, y la fuerza de esta deflexión depende de la energía de la partícula y su carga, con el dipolo UHECR todavía alcanzando su punto máximo en un punto. Así como Kashlinsky y sus colegas descubrieron una fuente de rayos gamma.
Debido a esta correlación, el equipo teoriza que los misteriosos rayos gamma y los UHECR están conectados, especialmente considerando que fuentes no identificadas están produciendo ambos fenómenos.
Los astrónomos ahora quieren investigar estos sitios de emisión, para determinar la fuente o posibles fuentes de esta luz de energía ultra alta y estas partículas de energía ultra alta para ver si realmente están conectadas y representan un misterio cósmico. Dos.
Los hallazgos del equipo fueron presentados por Kashlinsky en la 243ª reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense en Nueva Orleans, Luisiana, y se analizan en un artículo publicado el miércoles (10 de enero) en The Astrophysical Journal Letters.