La luz con más energía jamás observada desde un púlsar



 Un grupo de científicos que trabajan en el observatorio MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov) han descubierto la radiación pulsante más energética jamás detectada desde un objeto estelar: el púlsar del Cangrejo. Las inesperadas observaciones de estos fotones de alta energía cuestionan nuestro conocimiento de esas diminutas estrellas y abre nuevos retos a la aceleración de partículas en medios extremos. El descubrimiento acaba de ser publicado en el último número de Astronomy and Astrophysics y está dirigido por investigadores del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya en el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC) y del Departament d'Astronomia i Meteorologia-Institut de Ciències del Cosmos de laUB (UB-IEEC)

 

Crédito de la imagen: Patricia Carcelén Marco

La estrella de neutrones (círculo rojo), con sus fuertes campos magnéticos (líneas blancas) gira alrededor de sí misma casi 30 veces por segundo e inyecta electrones energéticos en la región de la Galaxia que la rodea. Las regiones verdes y azules sombreadas representan diferentes zonas de aceleración de partículas, desde donde los fotones detectados podrían originarse. La zona verde se encuentra en las cercanías de magnetosfera del púlsar, mientras que la zona azul podría llegar hasta 100 000 km del púlsar

 

Energías mil veces mayores que las observadas anteriormente

El púlsar del Cangrejo es una pequeña estrella de neutrones, de unos 10 km de diámetro, con una rotación de 30 veces por segundo. Se comporta como un enorme imán, y crea campos eléctricos y magnéticos extremadamente grandes a su alrededor. Crea además un haz de luz que sale de sus polos y que recibimos cada vez que su rotación cruza nuestra línea de visión, tal y como lo hace un faro, pero a energías de magnitud mucho mayor que la luz visible. La energía de esta radiación es comparable, por ejemplo, a la que se crea en el gran acelerador de hadrones en el CERN.

En 2011, los telescopios MAGIC y Veritas descubrieron una emisión inesperada de estos fotones energéticos. Para comprender este fenómeno, el equipo de MAGIC llevó a cabo una larga campaña de observación del púlsar del Cangrejo, con el objetivo de medir la energía máxima a la que emitían estos fotones pulsantes. Estas nuevas observaciones detectaron fotones con energías mil veces (x1000) mayores que las observadas con anterioridad. Los fotones, con energías de más de un billón de electronvoltios (~ TeV = 1e12 eV), llegan al detector cada 33 milisegundos, proporcionando información sobre el entorno más próximo a esta estrella de neutrones. Estos fotones deben ser producto de la combustión de electrones y positrones alrededor de la estrella de neutrones, a causa de su gran campo magnético, y tras sufrir aceleraciones a velocidades relativistas. Pero cómo y dónde se alcanza este efecto en una región tan pequeña es algo que desafía nuestro conocimiento de la física.

“Hemos acumulado mas de 300 horas de datos del púlsar del Cangrejo con MAGIC para entender este fenómeno, esperando medir la máxima energía de los fotones pulsantes”, dice Emma de Oña Wilhelmi, del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC) e investigadora principal de este programa de observación. Roberta Zanin, del Departament d'Astronomia i Meteorologia-Institut de Ciències del Cosmos de la UB (UB-IEEC) continúa: “Las nuevas observaciones extienden el espectro del Cangrejo a energías mucho más altas que las esperadas, por encima de las energías TeV, es decir, cien veces más energía que la medición anterior hecha con telescopios Cherenkov en 2011, violando todos los mecanismos que hasta ahora creíamos que ocurrían en las estrellas de neutrones”.

Aún se desconoce dónde y cómo se crea esta emisión TeV , y será difícil de reconciliar con las teorías de plasma estándar.

El observatorio MAGIC

MAGIC es un observatorio terrestre de rayos gamma situado en la isla canaria de La Palma. Se trata de un sistema de dos telescopios Cherenkov de 17 metros de diámetro, y es uno de los tres principales instrumentos de este tipo en todo el mundo. Está diseñado para detectar rayos gamma entre decenas de Giga-electrón-voltios (109 eV) y algunas decenas de Tera-electrón-voltios. MAGIC obtuvo datos del púlsar del Cangrejo durante más de 300 horas, y el equipo analizó este gran conjunto de datos obtenidos entre octubre de 2007 y abril de 2014.

Los datos y los resultados han sido analizados por un grupo de investigación dirigido por Emma de Oña Wilhelmi y Diego Torres, del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), Roberta Zanin y Daniel Galindo Fernández, ambos del Departament d'Astronomia i Meteorologia-Institut de Ciències del Cosmos de la UB (UB-IEEC) y David Carreto Fidalgo de la Universidad Complutense de Madrid (UCM).

 

El Cangrejo, el púlsar más poderosa en nuestra galaxia

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y están altamente magnetizadas. De peso superior a nuestro Sol, pero con sólo unos pocos kilómetros de radio, estos objetos extremadamente densos están incrustados en campos magnéticos con fuerzas de hasta 10 8-15 G en la superfície de la estrella. Este campo magnético, junto con la rápida rotación de la estrella con períodos de unos pocos milisegundos, produce haces de radiación electromagnética que barren el cielo como si fueran un faro.

En particular, el púlsar del Cangrejo, creado en la explosión de una supernova en el año 1054 AC, se encuentra a una distancia de unos 6.500 años luz en el centro de una nebulosa magnetizada y visible en la constelación de Tauro. El Cangrejo es él púlsar más poderoso de nuestra galaxia y uno de los pocos púlsares detectados en todas las longitudes de onda, desde radio hasta los rayos gamma. En su magnetosfera (o atmósfera magnetizada) de sólo unos pocos miles de kilómetros, los electrones y positrones se aceleran hasta energías relativistas, pero se queman rápidamente en el campo altamente magnético, emitiendo una radiación que llega a nuestros telescopios en forma de pulsos cada 33 milisegundos, una vez por cada rotación de la estrella de neutrones, cuando encuentra nuestra mirada telescópica. Esta radiación se detiene abruptamente cuando se queman los electrones más rápidos (es decir, a ~1GeV = 109 eV), por debajo del rango de energía que pueden observar los telescopios Cherenkov. Pero estas nuevas observaciones con MAGIC han revelado una radiación misteriosa, débil pero muy enérgica (miles de veces mayor), que supera este abrupto límite observado en otros experimentos sensibles a más bajas energías, y cuyo origen aún nos resulta desconocido.

Data: 

Sábado, 16 Enero, 2016