Investigadores de la Universidad Estatal de Michigan (MSU) han hecho avances significativos en la comprensión de los rayos cósmicos, esos enigmáticos y enérgicos partículas que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz. Desde su descubrimiento en 1912, el origen de estos fenómenos galácticos ha sido un misterio que ahora podría estar más cerca de resolverse gracias a un par de estudios presentados en la 246ª reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Anchorage, Alaska.
Los rayos cósmicos provienen de diversas fuentes en nuestra galaxia y más allá, que incluyen agujeros negros, restos de supernovas y regiones de formación estelar. Estos eventos astrofísicos extremos son también responsables de la producción de neutrinos, partículas casi sin masa que se encuentran en abundancia tanto en el espacio como en la Tierra. Shuo Zhang, profesora asistente de física y astronomía en MSU, subraya la relevancia de los rayos cósmicos para la vida en nuestro planeta: «Cien billones de neutrinos cósmicos de fuentes lejanas como agujeros negros pasan a través de tu cuerpo cada segundo. ¿No querrías saber de dónde vienen?»
Investigación sobre las fuentes de rayos cósmicos
La investigación liderada por Zhang se centra en los aceleradores de partículas cósmicos, conocidos como PeVatrons, que tienen la capacidad de elevar electrones y protones a energías mucho mayores que las alcanzadas en los aceleradores de partículas más avanzados de la humanidad. Comprender cómo funcionan estos aceleradores cósmicos puede ayudar a desentrañar preguntas fundamentales en física, como la evolución de las galaxias y la naturaleza de la materia oscura.
En uno de los estudios recientemente publicados en The Astrophysical Journal, Stephen DiKerby, un estudiante postdoctoral en el grupo de Zhang, investigó un candidato a PeVatron que había sido descubierto por el Observatorio de Altura de Aire de Alta Energía (LHAASO). Utilizando datos de rayos X del telescopio espacial XMM-Newton, DiKerby identificó una nebulosa de viento de pulsar, lo que establece esta fuente como un tipo de PeVatron. Este hallazgo es uno de los pocos casos en los que se puede identificar la naturaleza de un PeVatron.
En un segundo estudio publicado en Research Notes of the AAS, un grupo de estudiantes de pregrado de MSU —Ella Were, Amiri Walker y Shaan Karim— empleó el telescopio de rayos X Swift de la NASA para observar emisiones de rayos X de fuentes de rayos cósmicos LHAASO poco exploradas. Su trabajo, que calculó los límites superiores de las emisiones de rayos X, podría servir como un punto de partida para futuros estudios en este campo.
Zhang ha expresado su esperanza de que su investigación lleve a la creación de un catálogo completo de fuentes de rayos cósmicos, lo que podría proporcionar un legado para futuras observaciones de neutrinos y telescopios tradicionales al realizar estudios más profundos sobre los mecanismos de aceleración de partículas. En el futuro, su equipo planea combinar datos del Observatorio de Neutrinos IceCube con información de telescopios de rayos X y gamma para explorar por qué algunas fuentes de rayos cósmicos emiten neutrinos y otras no, así como el lugar y la forma en que se producen estos neutrinos.
Este enfoque interdisciplinario podría fomentar la colaboración entre físicos de partículas y astrónomos, un proyecto ideal para el grupo de física de altas energías de MSU, tal como señala Zhang. La investigación sobre los rayos cósmicos no solo apunta a responder preguntas sobre el universo, sino que también tiene implicaciones directas sobre nuestra comprensión del cosmos y la materia que nos rodea.
