En lugar de invertir en aceleradores de partículas aquí en la Tierra, los físicos podrían considerar volar algunas estrellas. A medida que las partículas se mueven alrededor del remanente, son aceleradas por los tremendos campos magnéticos, llegando a acercarse a la velocidad de la luz. Las imágenes de Chandra muestran que las partículas se están acelerando a la velocidad máxima predicha por las teorías.
Se han revelado nuevas pistas sobre los orígenes de los rayos cósmicos, misteriosas partículas de alta energía que bombardean la Tierra, utilizando el Observatorio de rayos X Chandra de la NASA. Una imagen extraordinariamente detallada de los restos de una estrella explotada proporciona una visión crucial de la generación de rayos cósmicos.
Por primera vez, los astrónomos han mapeado la tasa de aceleración de los electrones de rayos cósmicos en un remanente de supernova. El nuevo mapa muestra que los electrones se están acelerando cerca de la tasa teóricamente máxima. Este descubrimiento proporciona evidencia convincente de que los restos de supernova son sitios clave para energizar partículas cargadas.
El mapa fue creado a partir de una imagen de Cassiopeia A, un remanente de 325 años producido por la muerte explosiva de una estrella masiva. Los arcos azules y tenues de la imagen trazan la onda expansiva de choque exterior donde tiene lugar la aceleración. Los otros colores en la imagen muestran los restos de la explosión que se ha calentado a millones de grados.
"Los científicos han teorizado desde la década de 1960 que los rayos cósmicos deben crearse en la maraña de campos magnéticos en el choque, pero aquí podemos ver que esto sucede directamente", dijo Michael Stage de la Universidad de Massachusetts, Amherst. "Explicar de dónde provienen los rayos cósmicos nos ayuda a comprender otros fenómenos misteriosos en el universo de alta energía".
Ejemplos son la aceleración de partículas cargadas a altas energías en una amplia variedad de objetos, que van desde choques en la magnetosfera alrededor de la Tierra hasta impresionantes chorros extragalácticos que son producidos por agujeros negros supermasivos y tienen miles de años luz de longitud.
Los científicos habían desarrollado previamente una teoría para explicar cómo las partículas cargadas pueden acelerarse a energías extremadamente altas, viajando a casi la velocidad de la luz, rebotando varias veces sobre una onda de choque.
"Los electrones aumentan su velocidad cada vez que rebotan en el frente de choque, como si estuvieran en una máquina de pinball relativista", dijo Glenn Allen, miembro del equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), Cambridge. "Los campos magnéticos son como los parachoques, y el choque es como una aleta".
En su análisis del enorme conjunto de datos, el equipo pudo separar los rayos X provenientes de los electrones acelerados de los provenientes de los desechos estelares calentados. Los datos implican que algunos de estos electrones se aceleran a una velocidad cercana al máximo predicho por la teoría. Los rayos cósmicos están compuestos de electrones, protones e iones, de los cuales solo el brillo de los electrones es detectable en los rayos X. Se espera que los protones e iones, que constituyen la mayor parte de los rayos cósmicos, se comporten de manera similar a los electrones.
"Es emocionante ver regiones donde el brillo producido por los rayos cósmicos realmente eclipsa el gas de 10 millones de grados calentado por las ondas de choque de la supernova", dijo John Houck, también del MIT. "Esto nos ayuda a comprender no solo cómo se aceleran los rayos cósmicos, sino también cómo evolucionan los restos de supernova".
A medida que aumenta la energía total de los rayos cósmicos detrás de la onda de choque, se modifica el campo magnético detrás del choque, junto con el carácter de la onda de choque en sí. Investigar las condiciones en los choques ayuda a los astrónomos a rastrear los cambios del remanente de supernova con el tiempo y, en última instancia, a comprender mejor la explosión de supernova original.
El Centro Marshall de Vuelo Espacial Marshall de la NASA, Huntsville, Alabama, administra el programa Chandra para la Dirección de Misión Científica de la agencia. El Observatorio Astrofísico Smithsoniano controla las operaciones científicas y de vuelo desde el Centro de Rayos X Chandra, Cambridge, Massachusetts.
Fuente original: Comunicado de prensa de Chandra
