Los telescopios han visto los rayos gamma de este remanente de supernova desde 2007, pero la luz excepcionalmente energética no se detectó hasta 2020, cuando fue captada por el Observatorio HAWC en México, despertando el interés de los científicos que buscan PeVatrones galácticos. Cuando los rayos gamma alcanzan nuestra atmósfera, pueden producir lluvias de partículas cargadas que pueden medirse con telescopios en tierra. Con los datos de HAWC, los científicos pudieron trabajar hacia atrás y determinar que estas lluvias provenían de rayos gamma que emanaban del remanente de supernova. Pero no pudieron decir si la luz fue generada por protones o electrones rápidos, que también pueden irradiar rayos gamma, así como rayos X de menor energía y ondas de radio.
Para demostrar que los protones PeV eran los culpables, el equipo de investigación de Fang recopiló datos en una amplia gama de energías y longitudes de onda que habían sido recopilados por 10 observatorios diferentes durante la última década. Luego recurrieron a las simulaciones por computadora. Ajustando diferentes valores, como la fuerza del campo magnético o la densidad de la nube de gas, los investigadores intentaron reproducir las condiciones necesarias para dar cuenta de todas las diferentes longitudes de onda de luz que habían observado. No importa lo que ajustaron, los electrones no podían ser la única fuente. Sus simulaciones solo coincidirían con los datos de mayor energía si incluyeran protones PeV como fuente adicional de luz.
«Pudimos excluir que esta emisión es predominantemente producida por electrones porque el espectro que obtuvimos simplemente no coincidía con las observaciones», dice Henrike Fleischhack, astrónomo de la Universidad Católica de América que intentó este análisis por primera vez hace dos años. con solo el conjunto de datos HAWC. Hacer un análisis de múltiples longitudes de onda fue clave, dice Fleischhack, porque les permitió mostrar, por ejemplo, que aumentar la cantidad de electrones en una longitud de onda provocó una falta de coincidencia entre los datos y la simulación en otra longitud de onda, lo que significa que es la única forma de explicar el espectro completo. de luz fue con la presencia de protones PeV.
“El resultado requirió una atención muy cuidadosa al presupuesto de energía”, dice David Saltzberg, astrofísico de la Universidad de California en Los Ángeles que no participó en el trabajo. “Lo que esto realmente muestra es que se necesitan muchos experimentos y muchos observatorios para responder a las grandes preguntas”.
De cara al futuro, Fang tiene la esperanza de que se encuentren más PeVatrons remanentes de supernova, lo que les ayudará a determinar si este descubrimiento es único o si todos los cadáveres estelares tienen la capacidad de acelerar partículas a tales velocidades. “Esto podría ser la punta del iceberg”, dice ella. Instrumentos emergentes como el Cherenkov Telescope Array, un observatorio de rayos gamma con más de 100 telescopios que se están erigiendo en Chile y España, incluso pueden ubicar PeVatrones más allá de nuestra propia galaxia.
Saltzberg también cree que los experimentos de próxima generación deberían ser capaces de ver neutrinos (partículas neutras diminutas que también pueden resultar cuando los piones se desintegran) que llegan de los remanentes de supernova. Detectarlos con el Observatorio de Neutrinos IceCube, que busca sus rastros en el Polo Sur, sería aún más una prueba irrefutable de que estos sitios son PeVatrons porque indicaría la presencia de piones. Y Fang está de acuerdo: «Sería fantástico si los telescopios como IceCube pueden ver neutrinos directamente desde las fuentes porque los neutrinos son sondas limpias de interacciones de protones, no pueden ser producidos por electrones».
En última instancia, encontrar los PeVatrones de nuestro universo es crucial para descubrir cómo las reliquias de la muerte estelar allanan el camino para que nazcan nuevas estrellas y cómo las partículas de mayor energía ayudan a impulsar este ciclo cósmico. Los rayos cósmicos influyen en la presión y la temperatura, impulsan los vientos galácticos e ionizan las moléculas en las regiones fértiles de estrellas, como los restos de supernovas. Algunas de esas estrellas pueden continuar formando sus propios planetas o algún día explotar en supernovas, comenzando el proceso nuevamente.
“Estudiar los rayos cósmicos es casi tan importante para comprender los orígenes de la vida como estudiar exoplanetas o cualquier otra cosa”, dice Kerr. “Es todo un sistema energético muy complicado. Y recién ahora estamos llegando a entenderlo”.