Utilizando el observatorio HESS en Namibia, los científicos han detectado rayos gamma de energía excepcionalmente alta provenientes del púlsar Vela, desafiando las teorías establecidas sobre los rayos gamma pulsados de estas estrellas. Estos rayos gamma, con niveles de energía 200 veces más potentes que cualquier observación anterior del púlsar Vela, han llevado a los investigadores a reconsiderar los mecanismos detrás de emisiones tan poderosas.
El Observatorio HESS registra 20 fotones de teraelectrones voltios de Vela latir.
Los científicos que utilizan el observatorio HESS en Namibia han detectado los rayos gamma de mayor energía jamás emitidos por una estrella muerta llamada púlsar. La energía de estos rayos gamma era de 20 teraelectrones voltios, o alrededor de diez billones de veces la energía de la luz visible. Esta observación es difícil de conciliar con la teoría de la producción de tales rayos gamma pulsados, como informa hoy (5 de octubre) el equipo internacional en la revista Naturaleza Astronomía.
La naturaleza de los púlsares
Los púlsares son los restos de estrellas que explotaron espectacularmente en una supernova. Las explosiones dejan tras de sí una pequeña estrella muerta de sólo 20 kilómetros de diámetro, que gira extremadamente rápido y está dotada de un enorme campo magnético. “Estas estrellas muertas están compuestas casi exclusivamente de neutrones y son increíblemente densas: una cucharadita de su material tiene una masa de más de cinco mil millones de toneladas, o alrededor de 900 veces la masa de la Gran Pirámide de Giza”, explica la científica del HESS Emma de Oña Wilhelmi, coautora de la publicación que trabaja en DESY.
Los investigadores creen que las partículas de luz infrarroja (fotones) de los polos del púlsar son impulsadas a energías de rayos gamma (azules) mediante electrones rápidos. Crédito: Laboratorio de Comunicación Científica para DESY
Radiación de púlsares
Los púlsares emiten haces giratorios de radiación electromagnética, similares a los faros cósmicos. Si su rayo atraviesa nuestro sistema solar, veremos destellos de radiación a intervalos regulares de tiempo. Estos destellos, también llamados pulsos de radiación, se pueden buscar en diferentes bandas de energía del espectro electromagnético. Los científicos creen que la fuente de esta radiación son los electrones rápidos producidos y acelerados en la magnetosfera del púlsar a medida que viajan hacia su periferia. La magnetosfera está formada por plasma y campos electromagnéticos que rodean y co-rotan con la estrella. «En su viaje de ida, los electrones adquieren energía y la liberan en forma de haces de radiación observados», dice Bronek Rudak del Centro Astronómico Nicolás Copérnico (CAMK PAN) en Polonia, también coautor del estudio.
El púlsar de Vela, situado en el cielo austral en la constelación de Vela (vela de barco), es el púlsar más brillante en la banda de radio del espectro electromagnético y la fuente persistente más brillante de rayos gamma cósmicos en el rango de los gigaelectrones voltios (GeV). . . Gira unas once veces por segundo. Sin embargo, por encima de unos pocos GeV, su radiación termina abruptamente, presumiblemente porque los electrones llegan al final de la magnetosfera del púlsar y escapan de ella.
Pero este no es el final de la historia: gracias a observaciones profundas con HESS se ha descubierto un nuevo componente de radiación con energías aún mayores, de hasta decenas de teraelectrones voltios (TeV). «Esto es aproximadamente 200 veces más energético que toda la radiación jamás detectada de este objeto», dice el coautor Christo Venter de la Universidad del Noroeste en Sudáfrica. Este componente de muy alta energía aparece en los mismos rangos de fase observados en el Rango GeV. Sin embargo, para alcanzar estas energías, es posible que los electrones tengan que viajar incluso más lejos que la magnetosfera, pero el patrón de emisión rotacional debe permanecer intacto.
Desafiando el conocimiento establecido
“Este resultado desafía nuestros conocimientos previos sobre los púlsares y exige repensar el funcionamiento de estos aceleradores naturales”, afirma Arache Djannati-Atai, del Laboratorio de Astropartículas y Cosmología (APC), en Francia, que dirigió la investigación.
“El esquema tradicional según el cual las partículas se aceleran a lo largo de las líneas del campo magnético dentro o ligeramente fuera de la magnetosfera no puede explicar suficientemente nuestras observaciones. ¿Quizás estemos siendo testigos de una aceleración de partículas a través del llamado proceso de reconexión magnética más allá del cilindro ligero, que de alguna manera todavía conserva el patrón de rotación? Pero incluso este escenario enfrenta dificultades para explicar cómo se produce una radiación tan extrema”.
Cualquiera que sea la explicación, junto con sus otros superlativos, el púlsar de Vela ahora ostenta oficialmente el récord de ser el púlsar con los rayos gamma de mayor energía descubiertos hasta la fecha. «Este descubrimiento abre una nueva ventana de observación para la detección de otros púlsares en el rango de decenas de teraelectronvoltios con telescopios de rayos gamma más sensibles, actuales y futuros, allanando así el camino para una mejor comprensión de los procesos de aceleración extrema en objetos altamente magnetizados», afirman los astrofísicos. ”, dice Djannati-Atai.
Referencia: “Descubrimiento de un componente de radiación de Vela Pulsar que alcanza los 20 teraelectronvoltios” 5 de octubre de 2023, Naturaleza Astronomía.
DOI: 10.1038/s41550-023-02052-3
