Todo comenzó con un bang

En 2012 se cumplió un siglo del descubrimiento de los rayos cósmicos, conjuntos de partículas – principalmente protones, electrones y núcleos de átomos – que viajan por el espacio. Ahora, 101 años después, el trabajo de dos consorcios científicos internacionales presenta pruebas que apoyan la hipótesis de que los rayos cósmicos que se originan en nuestra Galaxia e impactan en la Tierra provendrían de los remanentes de supernova, el residuo de la explosión de estrellas de gran tamaño.

Estos estallidos estelares liberan en un instante la energía equivalente a 1030 bombas atómicas (un 1 seguido de 30 ceros). En el proceso se forma un frente de choque que se expande a velocidades de hasta diez mil kilómetros por segundo y donde las partículas se aceleran. Así, los rayos cósmicos estarían compuestos por aquellas partículas que, tras haber ganado la suficiente energía en la aceleración, escapan del frente de choque y se propagan en la Galaxia, donde interactúan con el medio interestelar.

“A partir del material expulsado por la explosión se forma el remanente de supernova. Las partículas eyectadas durante el evento interactúan con el medio, los campos de radiación y magnéticos y eventualmente se aceleran. Las que logran escapar del lugar se convierten en rayos cósmicos”, explica Analía Cillis, investigadora adjunta del CONICET en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio (IAFE, UBA-CONICET).

La astrónoma es parte de un equipo internacional que analizó el remanente de supernova conocido como IC 443. Durante el trabajo estudiaron las modificaciones que ocurren en la distribución de energía por la interacción de diferentes partículas con el medio interestelar que rodea al remanente.

“Cuando dos protones colisionan – uno que proviene del remanente y otro del medio – generan unas partículas subatómicas llamadas piones neutros, que cuando decaen se ‘transforman’ en emisiones gama, que a su vez modifican el espectro, es decir la distribución de energía”, dice.

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“La variación medida en la forma del espectro de IC 443 muestra la aceleración de los protones en el remanente de la supernova”, explica Cillis. Los resultados fueron publicados en la revista científica Science.

Cillis comenta que este trabajo aporta evidencia directa que sustenta la hipótesis de que los rayos cósmicos se originarían en los remanentes de supernova. “Estos rayos nos bombardean constantemente, y si bien se suponía que los que se originan en esta Galaxia provenían de los remanentes, hasta ahora ningún experimento había podido medirlo en forma directa”, dice.

Otra estrella, mismas conclusiones

Por su parte, las investigadoras de CONICET Gloria Dubner y Gabriela Castelletti, del IAFE, integran otro consorcio internacional que publicó en la revista The Astrophysical Journal Letters su análisis sobre otro remanente de supernova, llamado W44.

Los resultados concuerdan con los del equipo con el que colabora Cillis. “Ambos le dan solidez a la teoría de que los remanentes de supernovas serían fuentes naturales que dan origen a los rayos cósmicos galácticos”, analiza Castelletti.

La astrofísica explica que cuando estas partículas escapan del frente de choque, su trayectoria es modificada por los campos magnéticos presentes y por lo tanto es imposible reconstruir su trayectoria ‘hacia atrás’, un proceso que permitiría conocer el lugar donde fueron creados.

“La hipótesis que tiene a los remanentes de supernova como candidatos principales para explicar la producción de rayos cósmicos galácticos está basada, en que las explosiones de supernovas y sus remanentes son los objetos más energéticos conocidos en nuestra Galaxia y por lo tanto los únicos capaces de generar partículas altamente energéticas como los rayos cósmicos que bombardean nuestro planeta”, explica Castelletti.

Hoy, un enigma de 101 años parece haber sido resuelto. Sin embargo, para las investigadoras el desafío continúa. “Este análisis es para los rayos cósmicos que provienen de zonas de nuestra galaxia. Sin embargo, los que llegan a la Tierra desde otras zonas de universo son de mayor energía, y aún se discute el modo en que se originan”, concluye Castelletti.