Se demuestra la conexión entre formación estelar y rayos cósmicos

Los científicos llevan más de 100 años tratando de confirmar los modelos teóricos de aceleración de rayos cósmicos. Según estos modelos los rayos cósmicos se aceleran en los vientos de supernovas y estrellas masivas. Sin embargo, todavía no hay pruebas definitivas que confirmen esta teoría.

Si la teoría es correcta, en estas galaxias con alta formación estelar se producen estrellas masivas y supernovas a un ritmo mucho más alto que en una galaxia “normal”, lo que las convierte en un objetivo perfecto para estos estudios. Se estima que la densidad de rayos cósmicos en M82 es unas 500 veces mayor que la densidad en nuestra Vía Láctea. Sin embargo estos rayos cósmicos no se pueden detectar directamente. Al poseer carga eléctrica, los rayos cósmicos producidos por distintas fuentes, son desviados por los campos magnéticos galácticos e intergalácticos haciendo imposible la identificación de su lugar de origen.

Para inferir la producción de rayos cósmicos en M82, VERITAS utiliza un método de detección indirecta. Los rayos cósmicos interaccionan con la radiación y el gas interestelar produciendo fotones gamma que escapan de la galaxia pudiendo ser medidos desde Tierra. VERITAS es un detector de rayos gamma. Tras 137 horas de observación de M82 realizadas entre enero de 2008 y abril de 2009 con estos telescopios, los científicos establecieron una conexión entre la formación de estrellas y la aceleración de rayos cósmicos.

La galaxia M82 está situada en la constelación Osa Mayor a unos 12 millones de años luz, se encuentra en interacción gravitatoria con las galaxias que le rodean, incluida la espiral M81. Esta interacción ha provocado la formación de regiones de formación estelar, con cúmulos jóvenes de hasta 10⁶ masas solares y un ritmo de supernovas entre 0,1 y 0,3 por año. Además, de la emisión sincrotrón observada se deduce una gran cantidad de gas molecular (150 cm^-3), que unida a la densidad de rayos cósmicos hace de M82 un objetivo prometedor para los observatorios gamma. Sin embargo, ninguno de los experimentos EGRET y HEGRA detectaron emisión más allá de 100 MeV, y establecieron un límite superior de emisión en un 10% del Crab (la nebulosa del Cangrejo, M1, es la fuente con mayor emisión a altas energías y se toma como unidad de flujo en astronomía gamma).

La importancia del descubrimiento radica en que hasta ahora todas las fuentes emisoras de altas energías conocidas estaban asociadas a núcleos galácticos activos. En el caso de M82 es probable que tenga un agujero negro supermasivo pero muestra muy poca actividad, mientras que tiene un ritmo de formación estelar muy alto, con ondas de choque en supernovas y estrellas masivas. La energía total de rayos cósmicos es similar en la Vía Láctea y en M82, pero en ésta última la vida media de los rayos cósmicos es unas 30 veces menor. Por tanto es necesaria una fuente emisora que equilibre los datos, y se observa que el ritmo de supernovas es precisamente unas 30 veces mayor que en la Vía Láctea, confirmando el papel fundamental de estos objetos en la producción de rayos cósmicos. De los datos se desprende también que la aceleración se produce principalmente en los frentes de onda pequeños como las remanentes de supernova, aunque la aceleración en escalas mayores (más de 30 años luz) no puede ser descartada. En cambio sí se descartan otros mecanismos de aceleración propuestos, como la rotación galáctica.

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