Un destello cósmico de energía inusual fue registrado por científicos rusos

La  instalación  Carpet-2 del Observatorio  de Neutrinos Baksan del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia Rusa de Ciencias (INR RAS) ha registrado el fotón de mayor energía en la historia de las observaciones de estallidos cósmicos de rayos gamma. Esto debería conducir a cambios revolucionarios en la física de partículas o en la astronomía.

Un estallido de rayos gamma es un evento muy enérgico y que termina en unos minutos (en casos extremos, hasta varias horas) asociado con la muerte de estrellas masivas, como una explosión de supernova, solo que aún más intensa y poderosa. Incluso se suponía que tal evento en nuestra galaxia condujo a la extinción de los dinosaurios, pero ahora la mayoría de los investigadores creen que esto no es así. Aunque casi todos los días se registran estallidos de rayos gamma (existen telescopios especiales que monitorean la radiación cósmica en el rango de rayos gamma o rayos x), en este caso estamos hablando del registro de fotones de la más alta energía para un evento que no suceder en nuestra galaxia.

La  llamarada fue detectada por primera vez por el observatorio orbital Fermi de la NASA. Este estallido resultó ser el más enérgico en toda la historia de las observaciones de este instrumento, desde 2008 se registró un fotón de la energía más alta, 99 GeV (casi 0,1 TeV). Luego, el experimento chino LHAASO, destinado a detectar partículas de alta energía, publicó un informe de que se detectaron varios fotones con energías de hasta 18 TeV de esta llamarada. A continuación, la instalación Carpet-2, ubicada en el Cáucaso Norte en el Observatorio de Neutrinos Baksan del INR RAS, registró un fotón con una energía de 251 TeV. Los estallidos de rayos gamma ocurren en galaxias distantes, si tal evento ocurriera en nuestra Galaxia, tendría un efecto muy negativo en todos los seres vivos.

¿Por qué es  esto interesante ? La distancia al estallido de rayos gamma, obtenida mediante observaciones espectrales en los telescopios ópticos más grandes del mundo, es de unos dos mil millones de años luz. De acuerdo con los conceptos modernos, los fotones de alta energía, tanto los 18 TeV observados por LHAASO como el fotón récord de 251 TeV de Kovra-2, no pueden alcanzarnos desde tal distancia. Al interactuar con la radiación reliquia que penetra en el Universo, con la luz de las estrellas y las galaxias, tales fotones dan lugar a pares electrón-positrón. Un fotón con una energía de 251 TeV no llegará ni siquiera desde la vecina galaxia de Andrómeda.Entonces, si Carpet 2 y LHAASO realmente observaron una fuente tan distante, algo tendría que cambiar en las leyes más básicas de la física de partículas. Por ejemplo, se propuso introducir nuevas partículas, los axiones, que podrían «preservar» un fotón cerca de la fuente y resaltarlo nuevamente en el campo magnético de nuestra galaxia. 

Una sugerencia aún más radical es la violación de las leyes de la relatividad especial, que podría conducir a la supresión de las interacciones de los fotones a tales energías. Todavía no está claro si incluso escenarios tan fantásticos pueden ayudar a explicar los resultados de las observaciones del reciente estallido de rayos gamma.

O, lo que también es posible, los astrónomos se equivocaron y confundieron con un estallido de rayos gamma distante algún tipo de proceso explosivo en nuestra Galaxia, a distancias “solo” de decenas de miles de años luz, y no de miles de millones. Esta suposición está respaldada por el hecho de que en el cielo el destello cae en la región de la Vía Láctea, donde se concentra la mayor parte de las estrellas y otros objetos astrofísicos de nuestra Galaxia. Sin embargo, en este caso, el enigma del campo de la física de partículas se traslada al campo de la astronomía: ¿qué tipo de objeto asombroso estalló en la galaxia y cómo logró «simular» ser un estallido de rayos gamma distante? En ambos casos, deben ocurrir descubrimientos revolucionarios, ¡ya sea en física de partículas elementales o en astronomía! 

Probablemente escucharemos sobre la continuación de esta historia. Ahora, cientos de científicos de todo el mundo están pensando cómo explicar tales fenómenos cósmicos.

“Creo que estamos hablando de una fuente intragaláctica, pero no está claro cuál: el destello provino de la región de la Vía Láctea, donde se encuentran muchos objetos brillantes de nuestra galaxia a la vez. Podría ser un destello fantástico de un magnetar. Si tales fotones hubieran llegado durante la observación de LHAASO, habría habido más información, pero el fotón más brillante llegó una hora y media después de que comenzara el brote, cuando la Tierra ya había girado, por lo que era más conveniente que Kovr-2 observara. a ellos. Es por eso que a veces resulta muy útil para los científicos tener instalaciones relativamente pequeñas, como Carpet-2, pero separadas por longitudes geográficas”, dice Sergey Troitsky, Investigador Jefe de INR RAS, Miembro Correspondiente. CORRIÓ. 

“Este estallido tiene una curva de luz interesante. Primero hubo un estallido de intensidad normal que duró unos segundos. Luego, no sucedió nada durante doscientos segundos, y luego comenzó un extraordinario estallido de rayos gamma en forma de picos y caídas en la curva de luz, y esto continuó durante otros 400 segundos. Esto sucedió antes, solo que a una intensidad más baja y con poca frecuencia. Nadie sabe cómo explicar tal curva de luz. Este es el flujo que llegó en cuantos gamma suaves, y luego comenzó un flujo gradualmente decreciente de partículas en otros rangos (el llamado resplandor residual), incluidas las altas energías.

Tanto los fotones chinos de 18 TeV como los fotones rusos de 251 TeV son paradójicos porque los rayos gamma de tal energía son absorbidos en el camino, reaccionando con el fondo intergaláctico infrarrojo. En los últimos 4 días ya han aparecido artículos que intentan explicar el fenómeno con nueva física, por ejemplo, los axiones. Pero no creo que haya tal necesidad. Quizás haya una explicación más estándar”, señala Boris Stern, investigador líder en el Laboratorio para el Estudio de Procesos Raros en el INR RAS.La instalación Carpet-2 está ubicada en la parte terrestre del campus del Observatorio de Neutrinos Baksan del INR RAS y registra cascadas de partículas cargadas producidas como resultado de la interacción de la radiación de alta energía en la atmósfera terrestre. Para determinar el tipo de partícula que provocó la cascada, se utiliza un detector de muones de 175 metros cuadrados; a diferencia de los rayos cósmicos, mucho más numerosos, los fotones provocan lluvias en las que hay pocos muones.

El evento asociado con la llamarada del 9 de octubre no produjo ni un solo muón en todo el detector, por lo que probablemente fue causado por un fotón. Tales eventos son raros y, como señaló el equipo Kovra-2 (y estos son 22 científicos e ingenieros, todos trabajando en INR RAS) en un telegrama astronómico sobre su descubrimiento, la probabilidad de que tal evento coincida con un rayo gamma ráfaga es aproximadamente una diezmilésima.

Así, esta llamarada cósmica sigue esperando a sus investigadores, físicos teóricos, que explicarán cuál es el origen de fotones de tan alta energía y cómo lograron volar a través de medio Universo hasta la región de Elbrus.

Instituto de Investigaciones Nucleares RAS

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