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Los estallidos de rayos gamma en primer plano despiertan nuevos misterios

Los estallidos de rayos gamma en primer plano despiertan nuevos misterios
Consejo editorial
/ idw / DESY comunicado de prensa
astronews.com
4. junio de 2021

Usando los telescopios especiales del Observatorio HESS en Namibia, la radiación más enérgica hasta la fecha fue registrada por un destello gamma y el destello posterior más largo fue seguido en la región de radiación gamma. Sin embargo, las observaciones plantean nuevos misterios al equipo, ya que parecen entrar en conflicto con una teoría previamente favorecida sobre estos eventos.


Representación artística de fotones gamma de alta energía de un destello de rayos gamma (arriba a la derecha), que disparan chubascos en la atmósfera de la Tierra, que a su vez han sido registrados con telescopios HESS.

imagen: DESY, laboratorio de comunicación científica [Groansicht]

Es probable que las explosiones más brillantes del universo sean aceleradores de partículas más potentes de lo esperado: esto se evidencia en observaciones inusualmente detalladas de un destello de rayos gamma cósmico de este tipo. A través de los telescopios especiales del Observatorio HESS en Namibia, un equipo de investigación internacional registró la radiación más enérgica del destello gamma hasta la fecha y rastreó las auroras más largas en la región de radiación gamma. La evaluación de los datos indica que los rayos X y los rayos gamma de estos estallidos estelares masivos tienen la misma causa y no son, como se suponía anteriormente, causados ​​por procesos separados.

“Las explosiones de rayos gamma son explosiones brillantes de rayos X y rayos gamma en el cielo que provienen de fuentes fuera de nuestra galaxia”, explica la investigadora de DESY Sylvia Zhou, una de las autoras del estudio que ahora se presenta. “Son las explosiones más grandes del universo y están asociadas con el colapso de una estrella masiva que gira rápidamente en un agujero negro”.

Una parte de la energía gravitacional liberada genera una onda de choque ultrarrelativista muy rápida. En él se aceleran partículas subatómicas como los electrones, que a su vez pueden generar radiación gamma. Los estallidos de rayos gamma (GRB para abreviar) se dividen en dos fases: una fase corta y caótica de estallido que dura unas pocas decenas de segundos, y una fase posterior larga que se desvanece lentamente. Los dos satélites se registraron el 29 de agosto de 2019 Fermi Y el Rápido La NASA ha lanzado un destello de rayos gamma en la constelación sureña de Eridanos. El evento está indexado por fecha como GRB 190829A. A una distancia de aproximadamente mil millones de años luz, resultó ser una de las explosiones de rayos gamma más cercanas observadas hasta la fecha. A modo de comparación: un estallido típico de rayos gamma se encuentra a unos 40 mil millones de años luz de distancia.


“Realmente vimos el estallido de rayos gamma desde la primera fila”, dice el investigador de DESY Andrew Taylor. El equipo registró las auroras posteriores tan pronto como entraron en el campo de visión del telescopio HESS. “Hemos podido ver Crepúsculo durante días y una energía sin precedentes”, dice Taylor. La distancia relativamente corta del destello de rayos gamma permitió mediciones detalladas del espectro de alta energía de su resplandor, es decir, el “color” o distribución de energía de los fotones de rayos X y gamma.

“Pudimos medir el espectro de GRB 190829A hasta una energía de 3,3 TeV, que es aproximadamente un billón de veces más energía que la luz visible”, dice Edna Ruiz-Velasco del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg. . “Esto es lo que hace que este estallido de rayos gamma sea tan extraordinario: ocurrió en nuestro vecindario cósmico inmediato, de modo que sus fotones de alta energía no fueron absorbidos por las colisiones con la luz de fondo, como ocurre en largas distancias en el universo”.

Cuando se utilizan energías muy altas, este proceso hace que el universo se oscurezca aún más a grandes distancias. HESS siguió el resplandor del estallido de rayos gamma hasta el tercer día después de la explosión original. “Nuestras observaciones revelan una sorprendente similitud entre el componente de rayos X y la radiación gamma de muy alta energía en el resplandor crepuscular”, informa Chu.

Esto es sorprendente, porque la teoría generalmente aceptada asume que estos dos componentes de la radiación deben ser producidos por diferentes mecanismos: la radiación de rayos X proviene de electrones fuertemente acelerados desviados por fuertes campos magnéticos cerca de la explosión. Usando este “proceso de sincrotrón”, los aceleradores de partículas en la Tierra también producen rayos X intensos para investigaciones científicas.

Sin embargo, según las teorías actuales, un proceso de sincrotrón está inicialmente fuera de discusión para producir radiación gamma de alta energía. El llamado límite de combustión es el culpable, que está determinado por la relación entre la aceleración y el enfriamiento de las partículas en el acelerador. La producción de radiación gamma requiere electrones con energías mucho más altas que el límite de combustión, que ni siquiera las explosiones más poderosas en el espacio pueden producir.

En cambio, la teoría asume que los electrones rápidos chocan con los fotones de sincrotrón que ya son de alta energía y los elevan a energías gamma en el proceso. Este complejo proceso se llama Synchrotron Self Compton (SSC). Sin embargo, las observaciones posteriores a la aurora de GRB 190829A muestran que ambos componentes, es decir, los rayos X y los rayos gamma, se desvanecieron al mismo tiempo. Además, el espectro de rayos gamma se alinea bien con la extensión del espectro de rayos X. En conjunto, estas propiedades son una fuerte indicación de que ambos componentes de la radiación fueron generados por el mismo proceso.

“No esperaríamos observar propiedades espectrales y temporales tan notablemente similares de la radiación de rayos X y la radiación gamma de muy alta energía si estos componentes radiactivos tuvieran orígenes separados”, explica Dmitriy Kangolian de la Universidad Rikkyu en Tokio. Esto cuestiona el proceso SSC como origen de la radiación gamma.

La necesidad de cambiar la teoría de los estallidos de rayos gamma solo puede aclararse mediante más observaciones del componente de muy alta energía de la aurora posterior. Sin embargo, GRB 190829A es el cuarto destello de rayos gamma que se puede detectar a estas altas energías. Sin embargo, los estallidos de rayos gamma detectados previamente vinieron desde una distancia mucho mayor, y sus auroras posteriores solo se pueden observar durante unas pocas horas y no a energías superiores a un teraelectronvoltio (TeV).

“La próxima generación de máquinas como esta هذا Conjunto de telescopio Cherenkov, que se está construyendo actualmente en los Andes chilenos y la isla canaria de La Palma, tiene perspectivas muy prometedoras para rastrear regularmente estallidos de rayos gamma ”, dice el portavoz de HESS Stefan Wagner del Observatorio Estatal de Heidelberg. Estallidos de rayos gamma en el universo, estos registros regulares de volumen de alta energía deberían ayudar en gran medida a comprender mejor la física de estas explosiones cósmicas masivas “.

HESS es un sistema de cinco telescopios de imagen Cherenkov para investigar los rayos gamma cósmicos. El nombre significa Sistema estereoscópico de alta potencia (sistema de monitoreo de radiación estereoscópico de alta energía) También honra al descubridor de los rayos cósmicos, Victor Franz Hess, quien recibió el Premio Nobel de Física de 1936 por su trabajo. HESS se encuentra en Namibia, en la región de Gamsberg, famosa por sus excelentes condiciones de observación. Cuatro de los cinco telescopios de HESS entraron en funcionamiento en 2003/03, y el quinto telescopio más grande ha estado en funcionamiento desde julio de 2012.

El equipo escribe sobre sus observaciones en un artículo especializado ahora en la revista. Ciencias Él apareció.

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