El centro de la Vía Láctea esconde un acelerador cósmico 'Pevatrón'

Esta emisión probablemente acelera los rayos cósmicos a energías 100 veces mayores que los alcanzados en el mayor acelerador de partículas terrestre, el LHC en el CERN.

Desde hace más de 10 años, el observatorio HESS (High Energy Stereoscopic System) en Namibia, a cargo de una colaboración internacional de 42 instituciones en 12 países, ha estado cartografiando el centro de nuestra galaxia en rayos gamma de muy alta energía. Estos rayos gamma son producidos por rayos cósmicos de la región más interna de la galaxia.

La Tierra es constantemente bombardeada por partículas de alta energía (protones, electrones y núcleos atómicos) de origen cósmico, partículas que componen la llamada "radiación cósmica". Estos "rayos cósmicos" están cargadas eléctricamente, y por lo tanto son fuertemente desviados por los campos magnéticos interestelares que impregnan nuestra galaxia. Su camino a través del cosmos se produce al azar por estas desviaciones, por lo que es imposible identificar directamente las fuentes astrofísicas directas de su producción.

Por lo tanto, desde hace más de un siglo, el origen de los rayos cósmicos sigue siendo uno de los misterios más perdurables de la ciencia.

Afortunadamente, los rayos cósmicos interactúan con la luz y el gas en las proximidades de sus fuentes, produciendo de rayos gamma. Estos rayos gamma viajan en línea recta, sin desviarse por campos magnéticos, y por lo tanto se pueden rastrear hasta su origen.

Cuando un rayo gamma de muy alta energía llega a la Tierra, interactúa con una molécula en la atmósfera superior, produciendo una lluvia de partículas secundarias que emiten un pulso corto de 'luz Cherenkov'. Al detectar estos destellos de luz usando telescopios equipados con grandes espejos, fotodetectores sensibles, y electrónica rápida, más de 100 fuentes de rayos gamma de muy alta energía han sido identificados en las últimas tres décadas. HESS es el colofón de estas observaciones.

Hoy sabemos que rayos cósmicos con energías de hasta aproximadamente 100 teraelectronvoltios (TeV) se producen en nuestra galaxia, por objetos tales como restos de supernovas. Los argumentos teóricos y mediciones directas de los rayos cósmicos que llegan a la Tierra indican, sin embargo, que las fábricas de rayos cósmicos en nuestra galaxia deberían ser capaces de proporcionar partículas hasta un petaelectronvolt (PeV) por lo menos. Aunque muchos aceleradores multi-TeV se han descubierto en los últimos años, la búsqueda de las fuentes de los rayos cósmicos galácticos de más alta energía no han tenido éxito, hasta ahora.

Observaciones detalladas del centro galáctico desde este telescopio en los últimos 10 años, y publicadas ahora en la revista Nature, finalmente proporcionaron indicaciones directas de aceleraciones PeV de los rayos cósmicos. Durante los tres primeros años de observaciones, HESS descubrió una fuente muy poderosa de rayos gamma en la región galáctica central, así como la emisión de rayos gamma difusa desde las nubes moleculares gigantes que la rodean en una región de unos 500 años luz de diámetro. Estas nubes moleculares son bombardeadas por rayos cósmicos que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz, que producen rayos gamma a través de sus interacciones con la materia en las nubes.

La notablemente buena coincidencia espacial entre los rayos gamma observados y la densidad del material en las nubes indicó la presencia de uno o más aceleradores de rayos cósmicos en esa región. Sin embargo, la naturaleza de la fuente seguía siendo un misterio.

"En algún lugar dentro de los 33 años luz centrales de la Vía Láctea hay una fuente astrofísica capaz de acelerar protones a energías de aproximadamente un petaelectronvoltio de forma continua durante al menos 1.000 años", dice Emmanuel Moulin, autor del estudio. En analogía con el "Tevatron", el primer acelerador construido por el hombre que llegó a energías de 1 TeV, esta nueva clase de acelerador cósmico se ha denominado un "Pevatron."

"El agujero negro supermasivo situado en el centro de la galaxia, llamada Sgr A, es la fuente más plausible de los protones PEV," dice Felix Aharonian, otro autor, añadiendo que, "varias posibles regiones de aceleración pueden ser consideradas, ya sea en las inmediaciones del agujero negro, o más lejos, donde una fracción del material que cae en el agujero negro es expulsado de nuevo al medio ambiente, iniciando de este modo la aceleración de partículas ".