Extrañas emisiones de rayos gamma sorprenden a los investigadores

Imagen de la nebulosa del Cangrejo, los restos de una explosión supernova observada en 1054 en la constelación de Tauro
Los astrónomos consideran a la nebulosa del Cangrejo la fuente más constante de radiación de alta energía en el universo. La radiación de este remanente de supernova se cree que es tan constante que los astrónomos lo utilizan como referencia para medir la radiación energética de otras fuentes astronómicas.
Es por eso que los investigadores están asombrados porque dos satélites hayan registrado recientemente un gigantesco hipo de rayos gamma en la Nebulosa del Cangrejo. Esta nebulosa está formada por los restos de una explosión supernova a 6.500 años-luz de la Tierra y que fue observada en 1054. La intensidad de la radiación del Cangrejo en rayos gamma aumentó de repente dos o tres veces durante tres días el 19 de septiembre según informaron científicos a cargo del telescopio de la Agencia Espacial Italiana AGILE informó el 22 de septiembre. Los investigadores que trabajan con el Telescopio Fermi de Rayos Gamma descubrieron un aumento aún mayor en aproximadamente el mismo período de tiempo, según se informó. Ambos equipos también anunciaron que habían encontrado evidencias de erupciones anteriores: el telescopio AGILE registró una explosión en el otoño de 2007, mientras que el equipo de Fermi observó otra en febrero de 2009.
Se sospecha que la fuente responsable de estos destellos de energía, así como de un flujo de radiación más constante, es una corriente de electrones escupida por el púlsar del Cangrejo. Este púlsar es una estrella de neutrones en rápida rotación, el residuo de una terrible explosión supernova en el centro de la nebulosa del Cangrejo. Pero averiguar exactamente cómo se aceleraron los electrones a energías de al menos 10^ 15 electrón-voltios, en tan poco tiempo ha mantenido perplejos a los astrónomos asistentes al Simposio bianual de Texas sobre Astrofísica Relativista, celebrado este año en Heidelberg, Alemania.
Descubrir estos estallidos "fue chocante", comentó el miembro del equipo de AGILE Marco Tavares. De hecho, cuando el primer equipo notó un corto aumento repentino, de las emisiones de rayos gamma de la Nebulosa del Cangrejo en el otoño de 2007, los investigadores no lo creyeron. Sólo cuando AGILE registró el estallido de 2010 el equipo se convenció lo suficiente como para hacer públicos ambos descubrimientos. "Si decimos que una fuente constante como el cangrejo es variable y no es verdad, nos quemamos de por vida", señaló Tavares en la reunión.
En un artículo publicado en línea en www.arXiv.org el 17 de noviembre ( http://arxiv.org/abs/1011.3855 ), el equipo de Fermi señaló que los resultados "plantean desafíos especiales a la teoría de aceleración de partículas."
El investigador Rolf Buehler de Fermi en el SLAC National Accelerator Laboratory, en Menlo Park, California, se unió Tavares en una sesión convocada a toda prisa para el 6 de diciembre, que no formaba parte del programa previsto, para discutir las fuentes variables de radiación energética en la Vía Láctea. Tavares y Buehler se negaron a hablar con los periodistas, porque sus equipos habían presentado sus descubrimientos para su publicación en la revista Science.
En un modelo ampliamente aceptado, el escenario está preparado para cualquier tipo de emisión de rayos gamma, ya sea constante o de corta duración, cuando los electrones lanzados desde el centro del púlsar del Cangrejo se encuentran con fuertes campos magnéticos en los desechos de los alrededores. Los electrones giran alrededor de los campos magnéticos y son acelerados a energías lo suficientemente altas como para emitir rayos gamma.
Sin embargo, los estallidos recientemente detectados en el Cangrejo parecen plantear problemas para ese modelo de aceleración. La fugacidad de las emisiones indica que los electrones no podrían haber giraba lo suficiente como para producir esta radiación energética, señaló Buehler. Pero, existe otro problema: debido a que los electrones acelerados a energías muy altas que pierden rápidamente su energía, el campo magnético de la nebulosa debería ser entre 3 a 10 veces más fuerte (3 a 10 miliGauss) de lo que se supone. En comparación, la superficie del campo magnético de la Tierra es de unos 500 miliGauss.
La corta duración de estos eventos, sugiere que los rayos gamma se originan en una parte relativamente pequeña de la nebulosa interior. Buehler sugiere que el propio campo eléctrico del púlsar ayudó a acelerar los electrones de la parte interior de la nebulosa a altas energías, lo suficiente para emitir los rayos gamma.
Wlodek Bednarek y un colega de la Universidad de Lodz en Polonia, ofrecieron otra explicación. En un artículo publicado en www.arXiv.org el 19 de noviembre ( http://arxiv.org/abs/1011.4176), los dos expertos sugieren que el viento cargado de partículas del púlsar choca contra el campo magnético de la nebulosa y lo comprime. Los investigadores proponen que puesto que el campo perturbado encaja como una banda de goma y se reconfigura, libera una enorme cantidad de energía que acelera los electrones.
Mientras los investigadores se rompen la cabeza tratando de comprender los detalles, los astrónomos también están tratando de determinar exactamente la región en que se originó la explosión de septiembre. Como revelan las imágenes ópticas y de rayos-X, la nebulosa contiene un complejo conjunto de volutas y chorros. Una serie de imágenes tomadas por el Observatorio Chandra de rayos-X que comenzaron un par de semanas después del estallido de septiembre muestra que la base de uno de los chorros había aumentado su brillo. Esto podría indicar dónde se originó el destello de rayos gamma, afirma Tavares.
Resolver este enigma de la nebulosa del Cangrejo es probable que aporte una nueva visión sobre la naturaleza de su púlsar, señaló Jonathan Arons de la Universidad de California, Berkeley. "Todas estas partículas salen [del púlsar] y son detenidas en la nebulosa", que actúa como sumidero del púlsar, dijo Arons. "El estudio de lo que sucede en la nebulosa interior es lo más cercano a un experimento de laboratorio" para investigar el pulsar, añadió.
También puede ayudarnos a dilucidar la física de otros sistemas astronómicos que disponen de un objeto central compacto, señaló Arons. Estos sistemas incluyen agujeros negros cuyos chorros de partículas cargadas chocan contra el espacio interestelar que los rodea o colisiones entre material en los chorros para crear lo que se piensa que son las explosiones más energéticas del universo, los estallidos de rayos gamma.
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Publicado en Odisea Cósmica¡Suscríbete Ya!