Abriendo un nuevo balcón al Universo Extremo

Observatorio de Telescopios Cherenkov

para el estudio del Universo extremo

 

Abriendo un nuevo balcón al Universo Extremo

(Artículo publicado originalmente en la version digital de El Pais)

Fdo. Ignacio de la Calle (INSA), Irene Puerto (INSA) y Manel Martinez (IFAE)

Un nuevo observatorio astronómico, CTA, siglas del ingles Cherenkov Telescope Array (Red de Telescopios Cherenkov), desvelará el misterioso origen de las partículas más energéticas que bombardean diariamente la Tierra ampliando así nuestro conocimiento del Universo mas extremo

Cada noche nuestra atmósfera se ilumina con cientos de miles de cascadas de luz de un color azul intenso y extremadamente cortas. Si tuviéramos ojos gigantescos y muy rápidos veríamos por encima de la luz de las estrellas el cielo convertido en una autentica fiesta de luces.

Interpretacion artística de los fogonazos de luz que tienen lugar en nuestra atmósfera.

(Créditos de vídeo: G. Pérez, IAC (SMM))

¿Qué origina estas cascadas azules en nuestra atmósfera? Se trata de innumerables partículas muy energéticas que bombardean la Tierra cada segundo provenientes del espacio. Al chocar con la atmósfera crean nuevas partículas que llegan hasta la superficie Terrestre. Mientras está usted leyendo este artículo un gran número de ellas atraviesan su cuerpo.

Simulación por ordenador del aspecto que tendría, si pudieramos verla, una cascada atmosférica de partículas.

(Crédito de video: grupo COSMUS de la Universidad de Chicago y Paolo Privitera)

Simulación por ordenador de cascadas atmosféricas. Los distintos colores indican distinto tipo de partícula.

(Crédito de imagen: grupo COSMUS de la Universidad de Chicago y Sergio Sciutto)

El descubrimiento de estas partículas con experimentos a bordo de globos en 1912, a las que se denomino rayos cósmicos, le valió al físico austriaco Víctor Hess el premio Nobel de Física en 1936. Exactamente 100 años después de su descubrimiento, sabemos que la entrada de rayos cósmicos en la atmósfera es la responsable de dichas cascadas, y que en su composición encontramos núcleos de casi todos los elementos estables conocidos, desde hidrógeno, predominante, hasta incluso oro.

 

Victor Hess en uno de los globos desde los que llevaba a cabo sus experimentos.

Entre los rayos cósmicos también encontramos electrones y fotones, como los que forman la luz visible, pero mucho más energéticos, llamados rayos gamma. El término rayo gamma es una denominación genérica que se emplea para describir a fotones con energías superiores a las de los rayos X. Los rayos gamma pueden llegar a tener incluso energías de mil millones de veces superiores a las de los rayos X.

A día de hoy, no podemos asegurar a ciencia cierta donde se producen los rayos cósmicos ni como se aceleran para tener las energías que vemos. La tarea de dilucidar los posibles escenarios de producción y aceleración recae sobre la astrofísica de partículas. Una cosa si que es segura, los modelos empleados para describir estos escenarios siempre implican los procesos más violentos que ocurren en el Universo, desde la caída de enormes cantidades de materia en agujeros negros supermasivos, como sucede en las conocidas como Galaxias Activas, o en nuestra propia galaxia, en el entorno de estrellas de neutrones que giran rápidamente o en restos de supernovas. Desde el descubrimiento en 1989 de la primera fuente de rayos gamma (la Nebulosa del Cangrejo), el progreso del campo en estos últimos años ha sido muy rápido, conociéndose hoy alrededor de 130 fuentes más.

La detección de los rayos cósmicos aquí en la Tierra plantea además un gran reto tecnológico. El método más prometedor, y el más empleado hoy en día, es el conocido como Imagen Cherenkov. Con sus 17 metros de diámetro, los telescopios MAGIC, situados en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma, son un ejemplo del desarrollo y uso de esta técnica. Ellos y sus predecesores llevan más de 25 años operando cada noche aprovechando la calidad excepcional del cielo de las cumbres canarias.

Foto de el telescopio MAGIC sobre un fondo de trazas de estrellas en el cielo (Crédito de imagen: Babak Tafreshi (TWAN)).

El telescopio Cherenkov MAGIC en movimiento durante las observaciones nocturnas.

(Créditos de video: Michael Rissi)

 

Nacido en 2007, el proyecto CTA tiene como objetivo convertir finalmente la técnica de Imagen Cherenkov en un campo maduro de la astrofísica construyendo el primer observatorio abierto dedicado al estudio de fuentes astrofísicas a muy altas energías. Para ello, CTA consistirá en dos grandes observatorios con decenas de telescopios cubriendo extensiones del orden de un kilómetro cuadrado. Uno de los observatorios se construirá en el hemisferio norte y el otro en el hemisferio sur, cubriendo de este modo la totalidad del cielo.

Imágenes conceptuales de la red de Telescopios Cherenkov CTA y de los tipos de telescopios que lo fomarán.

(Créditos de imagen: G. Pérez, IAC (SMM))

El proyecto CTA cuenta con casi 1000 científicos e ingenieros de 25 países distribuidos por todo el mundo, incluyendo a España. La Unión Europea ha acogido la iniciativa incluyéndola como uno de las infraestructuras científicas prioritarias para la unión, concediéndole en 2010 un proyecto a tres años para preparar su diseño definitivo. A principios del pasado mes de diciembre, alrededor de 300 científicos de Europa, América, Japón, India y el sur de Africa se reunieron en Madrid con el fin de discutir la evolución y futuro del proyecto. Se espera que en 2014 dé comienzo la fase de construcción y que el observatorio funcione a pleno rendimiento desde 2018, con una duración estimada de operación y explotación científica de 30 años.

Animación de la red de telescopios Cherenkov de CTA.

(Crédito de video: G. Pérez, IAC (SMM))

España es uno de los países más importantes a nivel mundial en el campo de la astronomía de partículas. Dentro de CTA, España colabora en la definición de la Física a estudiar, el diseño de los telescopios, su electrónica y el procesado de datos. Uno de los objetivos de los grupos españoles es contar con el Observatorio Norte de CTA en las Islas Canarias. A mediados de enero se ha presentado una propuesta detallada a la colaboración internacional proponiendo una localización concreta en la Isla de Tenerife, que cuenta con condiciones excelentes para la observación. La propuesta española compite con otras de Méjico, Estados Unidos, India y China. De conseguirse, España contaría con una nueva instalación científica de primera línea en su territorio que constituiría un importantísimo foco científico y tecnológico. Los próximos dos años son fundamentales, pues a lo largo de ellos se terminarán los estudios científicos comparativos para determinar las mejores sedes y se abrirá la fase de negociación, para lo cual es clave el apoyo público.

Algunas Referencias

Rayos gamma, mensajeros de un universo violento: el despegue de la TeVastronomía
Victor Hess contra los rayos cósmicos siderales

Material Adicional

Breve historia de la astronomía de rayos gamma

¿ Que es un telescopio Cherenkov ?

La técnica de imagen Cherenkov

Algunos de los resultados mas relevantes de la astronomía de rayos gamma


 

Breve historia de la astronomía de rayos gamma

La primera fuente de rayos gamma de alta energía en descrubrirse fue la de la Nebulosa del Cangrejo [1], situada a unos 6300 años luz de la Tierra. Tras más de 20 años de desarrollo tecnológico, la detección la realizó el telescopio Cherenkov Whipple de 10 metros (situado en Arizona, US), pionero en la aplicación de la técnica de Cherenkov.

Concepción artística del pulsar del Cangrejo en el centro de la Nebulosa del Cangrejo vista por el Hubble de fondo.

(Créditos de imagen: David A. Aguilar / NASA / ESA)

Con la confirmación de que la producción de radiación de tan alta energía tiene lugar en el Universo, comenzó una era de maduración del campo, que dio sus frutos años mas tarde con la detección de radiación gamma de otras dos fuentes en 1992 y 1996, esta vez fuera de nuestra galaxia ! Las dos fuentes estaban entre las conocidas como galaxias de Núcleo Activo, eran  Markarian 421 [2] y Markarian 501 [3]. El siguiente gran avance del campo vino a principio de los años 90 de la mano de los telescopios de HEGRA, situados en la isla de La Palma. HEGRA empleó por primera vez una red de telescopios Cherenkov y desarrolló la denominada técnica estereoscópica. El éxito de ambos detectores llevó hacia mediados de 1990 al desarrollo de la siguiente generación de telescopios Cherenkov, que culminó con las construcciones de los telescopios MAGIC (España), HESS (Namibia), VERITAS (Arizona) y CANGAROO (Australia). Hoy en día, se conocen más de 100 fuentes de radiación gamma de alta energía distribuidas tanto dentro de nuestra galaxia, en su mayoría a lo largo del plano galáctico (ver imagen abajo), como fuera de ella.

 

Distribución en el cielo de las fuentes de rayos gamma conocidas hasta la fecha. Los distintos colores de los puntos indican distinto tipo de fuente, como por ejemplo galaxias, pulsares, supernovas, ….

(Créditos de imagen: TeVCat)

Referencias de los descubrimientos de las primeras fuentes de rayos gamma

[1] Descubrimiento de radiación gamma de la Nebulosa del Cangrejo (en inglés)

[2] Descubrimiento de radiación gamma de Markarian 421 (en inglés)

[3] Descubrimiento de radiación gamma de Markarian 501 (en inglés)

¿ Que es un telescopios Cherenkov ?

Un telescopio Cherenkov tiene el aspecto de un telescopio clásico, pero en lugar de observar las estrellas directamente, registra los destellos Cherenkov que producen los rayos cósmicos en la atmósfera. Como cámara utiliza una matriz de fotodetectores, similares a los que se puedan encontrar en una cámara digital, pero mucho más rápidos, situados en el plano focal de un gran espejo. El espejo recoge la tenue radiación Cherenkov que se produce durante el desarrollo de las cascadas atmosféricas y la focaliza en la cámara. Tanto el número de detectores que emplean las cámaras como el tamaño de los espejos varía en función del telescopio. Típicamente los espejos tienen en torno a los 10 metros de diámetro y las cámaras están compuestas por unos 1000 fotodetectores. Las cámaras ven una porción del cielo de varios grados (en diámetro, un circulo de unas seis veces el tamaño de la Luna llena) y emplean tiempos de lectura de mil millonésimas de segundo.

Los dos telescopios MAGIC [1], situados en La Palma, son actualmente los mayores del mundo, con espejos de 17 metros de diámetro. Ello les hace capaces de detectar cascadas más tenues que sus competidores. España es el único país europeo que alberga actualmente un observatorio de este tipo.

Izquierda, diseño de uno de los Telescopios Cherenkov de HESS [2]. Centro, espejos de uno de los dos Telescopios Cherenkov MAGIC [1]. Derecha, cámara de uno de los Telescopios Cherenkov de VERITAS [3].

Para operar, estos telescopios requieren de cielos claros y oscuros, sin contaminación lumínica de ciudades cercanas o de la Luna. En noches oscuras, los telescopios operan continuamente, digitalizando y almacenando la información de cada cascada que le llega. La rápidas cámaras son capaces de registrar del orden de 300 cascadas cada segundo.

¿ Como se usan estos telescopios para estudiar las fuentes de rayos gamma del Universo ?

Algunas referencias con las descripciones de los principales telescopios Cherenkov operativos en la actualidad

[1] Telescopio MAGIC (en ingles)

[2] Telescopio HESS (en ingles)

[3] Telescopio VERITAS (en ingles)

 

La técnica de imagen Cherenkov

Cuando un rayo gamma entra en la atmósfera terrestre colisiona con un núcleo atmosférico y se genera una cascada de partículas secundarias. La colisión tiene lugar a unos 30 km del suelo y la cascada de partículas alcanza su máximo entorno a los 10 km, para terminar en general absorbiéndose antes de llegar al suelo. El hecho de que las partículas dentro de la cascada se muevan a velocidades superiores a la velocidad de la luz, es lo que da lugar al proceso de emisión de radiación Cherenkov.

Concepción artística de la entrada de un rayo gamma en la atmósfera.

(Créditos de imagen: G. Pérez, IAC (SMM))

La radiación Cherenkov se produce a lo largo de la dirección en la cual viajaba la partícula que dio origen a la cascada, y llega al suelo cubriendo áreas del orden de 250 metros de diámetro. La duración de este flash de luz cuando llega al suelo es del orden de 0.000000001 segundos.

Arriba, huella Cherenkov en el suelo de una cascada atmosférica iniciada por un rayo gamma de dos energías diferentes. Ambas imágenes corresponden a simulaciones. Abajo, huella Cherenkov en el suelo de una cascada atmosférica iniciada por un rayo cósmico de dos energías diferentes. Ambas imágenes corresponden a simulaciones. Los ejes de las cascadas se encuentran en la posición (0,0). Los distintos colores indican la densidad de fotones Cherenkov en una posición del suelo dada, cuanto mas oscuro, mayor densidad.

(Créditos de imagen: I. de la Calle)

Un espejo, situado dentro del área en el suelo iluminado por una de estas cascadas, será capaz de verla siempre y cuando el espejo sea lo suficientemente grande para detectar su luz sobre el fondo inevitable de las estrellas y la cámara suficientemente rápida para grabarla.

Las imágenes grabadas por las cámaras son digitalizadas y analizadas. Con la información que se extrae de las cámaras, se elabora una imagen de las cascadas que es analizada para extraer las propiedades de la partícula que originó la originó. Principalmente, la información que interesa extraer son la energía de la partícula y su dirección de origen.

Uno de los principales problemas de esta técnica es la identificación de cascadas originadas por rayos gamma que provengan de la fuente de interés de aquellas originadas por rayos cósmicos, mucho mas numerosas y provenientes de direcciónes aleatorias del cielo. Es en este punto donde juega un papel crucial el uso de varios telescopios. El uso de varios telescopios permite reconstruir con mayor fiabilidad la dirección de origen de la partícula que dio lugar a la cascada, lo que hace posible descartar las cascadas que provengan de otros puntos del cielo. La distinción entre cascada originada por rayos gamma (imagen abajo izquierda) y rayos cósmico (imagen abajo derecha) es el punto clave de la técnica, y lo que nos permite hacer astronomía de rayos gamma y estudiar el universo a estas energías.

Aspecto en la cámara de una cascada atmosférica iniciada por un rayo gammaLa imagen corresponden a una cascada atmosférica real y no a simulaciones.

(Créditos de imagen: I. de la Calle)

Aspecto en la cámara de una cascada atmosférica iniciada por un rayo cósmico. La imagen corresponden a una cascada atmosférica real y no a simulaciones.

(Créditos de imagen: I. de la Calle)

 

Algunos de los resultados mas relevantes de la astronomía de rayos gamma

En el universo, son múltiples los procesos físicos que dan lugar a radiación gamma susceptible de ser detectada por telescopios Cherenkov desde tierra. El abanico de objetos conocido que emite esta radiación es amplio. Entre ellos encontramos pulsares, remanentes de supernova, sistemas binarios de estrellas, regiones de formación de estrellas, galaxias con formación estelar y galaxias activas. Aquí se mencionan algunos de los resultados mas relevantes del campo.

Fuentes de rayos gamma fuera de nuestra galaxia

1. Galaxias de Núcleo Activo

Desde el descubrimiento en 1992 de la primera fuente de radiación gamma fuera de nuestra galaxia (la galaxia de núcleo activo Markarian 421), el número se ha incrementado hoy en día hasta cerca de 50, en su mayoría, galaxias de núcleo activo. Las galaxias de núcleo activo suponen alrededor del 1% de las galaxias que encontramos en el universo. Estas galaxias se caracterizan por albergar en su centro un agujero negro supermasivo (las masas de estos agujeros negros rondan en media del orden de 100 millones de veces la masa de nuestro Sol). La existencia de agujeros negros en el centro de estas galaxias da lugar a una serie de fenómenos que hacen el entorno un lugar de frenética actividad donde nos encontramos materia moviéndose a velocidades muy altas, altos campos magnéticos, fuertes vientos de radiación (como los que produce el Sol), etc …

Concepción artística de una galaxia de núcleo activo. En el centro se encuentra el agujero negro supermasivo, rodeado de materia (polvo y gas) girando a su alrededor. En algunas galaxias activas se observan dos chorros de material que son expulsados fuera de la galaxia en direcciones opuestas y que pueden alcanzar grandes distancias.

(Créditos de imagen: Aurore Simonnet,  NASA E/PO, Sonoma State Univerity)

Todos estos procesos dan lugar a emisión de fotones de distintas energías que podemos detectar aquí en la Tierra. Es el estudio de la distribución de energía de estos fotones lo que nos ayuda a hacernos una imagen mental del funcionamiento de estas galaxias. Hoy en día todavía no esta clara esta imagen, aunque existen por supuesto varios escenarios (ver imagen conceptual de una galaxia de núcleo activo). Se cree que la radiación gamma que detectan los telescopios Cherenkov proviene de la base de los chorros de material que son expulsados fuera de la galaxia, y que estas galaxias, son las responsables de la producción y aceleración de los rayos cósmicos de mas alta energía.

2. Radio Galaxias

Son tres las radio galaxias en las que se ha visto radiación gamma en el rango de los telescopios Cherenkov, M87, Centaurus A y NGC 1275. Una radio galaxia es un tipo de galaxia de núcleo activo que emite mayoritariamente en longitudes de onda de radio. Se caracterizan por tener dos chorros de materia lanzados desde su centro a distancias enormes. Normalmente se observan dos lóbulos al final de los chorros de materia (ver imagen abajo) que son los responsables de la mayoría de la emisión radio que observamos.

Radio Galaxia 3C353. Ejemplo de imagen en radio de una radio galaxia típica, mostrando la zona central, los chorros de materia, y los lóbulos localizados al final de los chorros de materia.

El primer telescopio Cherenkov que detectó radiación gamma de M87 fue el experimento HEGRA en 1998 después de más de 80 horas de observación. La masa del agujero negro que alberga en su centro es de más de 1000 millones de veces la masa del Sol. La radiación gamma es altamente variable en esta fuente, y parece provenir de dos zonas, la zona central, cerca del agujero negro, y de un pequeño nódulo que se encuentra a lo largo de uno de los chorros.

Centaurus A es la galaxia de núcleo activo más cercano a la Tierra. Esta radio galaxia fue detectada por el experimento HESS después de 120 horas de observación. El origen de la emisión no esta bien definido, pudiendo ser al igual que M87, la zona central, el chorro de materia o incluso más haya. En este caso la emisión parece ser más estable (menos variable) que en el caso de M87.

Por último, emisión gamma ha sido detectada de la radio galaxia IC 310 por el telescopio MAGIC en observaciones de 2008-2011. Esta radio galaxia es la más lejanas de las detectadas, y se encuentra cercana al centro del conocido como cúmulo de galaxias de Perseo, una de la mayores agrupaciones de galaxias (contiene miles de galaxias) conocida en el universo.

3. Galaxias de Formación Estelar

Las galaxias de formación estelar son galaxias las cuales tienen un ritmo de nacimiento y muerte de estrellas más elevado de lo que se observa en otras galaxias. Esto da lugar a condiciones ambientales idóneas para la producción y aceleración de rayos cósmicos. Son dos las galaxias de este tipo que se han detectado con telescopios Cherenkov; M82 y NGC253.

Imagen óptica de la Galaxia M82 (izquierda) y de NGC253 (derecha).

(Créditos de imagen de M82: Pablo Rodríguez-Gil (IAC) y Pablo Bonet (IAC); Créditos de imagen de NGC253: Star Shadows Remote Observatory y PROMPT/CTIO, S. Mazlin, J. Harvey, R. Gilbert y D. Verschatse)

M82 fue detectada por VERITAS después de 137 horas de observación en 2008/2009, mientras que NGC253 fue detectada en 28 horas de observación por HESS. NGC253 es una galaxia espiral muy parecida a la nuestra (ver imagen arriba) pero con una concentración de nacimiento y muerte de estrellas mucho mas elevado. Se estima que en NGC253 muere una estrella cada 10 años, y que el 30% (3 cada 100 años) tiene lugar en una pequeña región en la zona central. Por comparación, en toda nuestra galaxia mueren unas 3 estrellas cada 100 años. Se cree que uno de los lugares de formación y aceleración de rayos cósmicos son las explosiones de supernova, por lo tanto estas regiones de alta concentración de supernovas, son lugares idóneos para ser observados por telescopios Cherenkov.

4. Otros

Hay otras fuentes de rayos gamma conocidas fuera de nuestra galaxia. Una de ellas se encuentra muy cercana a nosotros, dentro de otra galaxia conocida como Gran Nube de Magallanes, una galaxia que es satélite de la nuestra. El experimento HESS detecto radiación gamma de una región de esta galaxia, que se ha asociado mas tarde con la posición de un pulsar. Un pulsar es una estrella de neutrones que gira muy rápido entorno a si misma emitiendo radiación, en lo que se ha descrito de forma análoga, a como se vería la luz que emite el faro de un puerto desde un barco.

Concepción artística de un pulsar.

(Créditos de imagen: Dave King)

Hay varios objetos en el Universo los cuales los modelos predicen que los telescopios Cherenkov deberían ver y que son el foco de intensas observaciones que todavía hoy en día no han dado frutos. Uno de estos objetos son los conocidos como explosiones de radiación gamma, del inglés Gamma Ray Burst o GRB. Los GRB son de las explosiones mas energéticas que se conocen en el Universo. Se cree que su origen es el resultado de la caída de estrellas gigantes a agujeros negros o en el choque de dos estrella de neutrones. Estos dos sucesos desprenderían grandes cantidades de energía en un periodo de tiempo extremadamente corto, de unos miles de segundos a unas pocas horas.

Animación mostrando uno de los posibles mecanismo que da lugar a un GRB (vídeo en ingles).

(Vídeo desarrollado por el Centro Espacial Goddard de la Nasa)

La otra fuente de la cual se espera se detecte radiación gamma con telescopios Cherenkov es mas misteriosa, es la conocida como materia oscura, de la cual se conoce muy poco. Se cree que la interacción de partículas de materia oscura da como resultado radiación gamma, pero hasta el momento, su detección ha resultado ser elusiva.

 

Simulación por ordenador de distribución de materia oscura en el Universo.

Fuentes de rayos gamma dentro de nuestra galaxia

Son alrededor de 80 las fuentes que han detectado los telescopios Cherenkov dentro de nuestra galaxia. Uno de los primeros mapas a estas energías del plano de nuestra galaxia lo ha realizado el experimento HESS, donde se encuentran la mayoría de las 80 fuentes que se han visto.

1. El Plano y el Centro Galáctico

Distribución de fuente de rayos gamma en el plano de nuestra galaxia vistas por el experimento HESS. La mayoría de las fuentes son extensas lo que permite hacer estudios sobre la morfología de los mismos.

2. Nebulosas y Remanentes de Supernova

Una nebulosa es el material resultante de una explosión de una estrella masiva (varias veces mas grande que el Sol) en lo que se conoce como fase de supernova. En estrellas aisladas, la fase de supernova de una estrella tiene lugar al final de la vida de la misma, cuando el material de combustión del núcleo se termina. En esta fase, en una explosión rápida, violenta y muy luminosa, se expulsan al medio las capas mas externas de la estrella que se expanden, recibiendo también el nombre de remanente de supernova. En el interior del remanente quedan los restos de la estrella progenitora en forma de estrella de neutrones o agujero negro. La combinación de la violencia de estas explosiones con la rápida expansión del material y su interacción con el medio que las rodea calentándolo, genera uno de los mejores medios para la producción de radiación gamma. No es por ello casualidad, que el mayor número de señales de rayos gamma que se conocen en el cielo dentro de nuestra galaxia proviene de estos entornos, del orden de 40.

 

Izquierda; imagen del remanente de supernova RXJ 1713.7-3946 vista por HESS. Los distintos colores indican mayor o menor intensidad de la señal. Derecha; imagen en rayos X tomada por el satélite de la NASA Chandra de los remanentes de supernova G292.0+1.8 y Kepler. Los distintos colore indican luz de distinta longitud de onda.

(Créditos de imagen de la derecha: NASA/CXC/UCSC/L. Lopez et al.)

3. Regiones de Formación Estelar

Las regiones de formación estrellar son otro de los lugares donde se cree se puede producir emisión gamma de alta energía. Estas regiones son ricas en materia y por ello hay una concentración atípica de formación estelar. En estas regiones se pueden encontrar estrellas muy masivas que evolucionan rápidamente desprendiendo al medio grandes cantidades de materia en forma de viento estelar. Estos vientos unidos a explosiones de supernovas que puedan tener lugar en la zona, dan lugar a entornos idóneos para la producción de radiación gamma. Bajo este escenario la radiación gamma se produciría cuando el viento estelar interacciona con el medio que rodea estas regiones de formación estelar. Aunque han sido objeto de intensas campañas de observación por parte de telescopios Cherenkov, hasta el momento no hay confirmación de que estas regiones sean responsables de emitir radiación gamma, aunque hay varios candidatos, como son las regiones de formación estelar observadas por HESS, Westerlund 1, Pismis 22, W43 y W49A.

 

Imagen en rayos X tomada por el satélite Chandra de la NASA de la región de formación estelar Westerlund 1.

(Créditos de imagen: NASA/CXC/UCLA/M.Muno et al.)

 

4. Sistemas Binarios de Estrella

Un sistema binario de estrellas es una asociación de dos estrella que están unidas gravitacionalmente, es decir están influenciadas la una por la otra. Los sistemas binarios pueden estar formados por dos estrella como nuestro Sol, o estar formados por una combinación de una estrella como el Sol, estrella de neutrones o agujero negro. Son cuatro los sistemas binarios conocidos hoy en día que emitan radiación gamma. El origen de la radiación gamma en estos sistemas no esta del todo claro. Uno de los escenarios implica un chorro de material que emerge de la estrella de neutrones, como el caso que se ilustra en la concepción artística de abajo. Tres de estos sistemas, llamados PSR B1259-63, LS 5039 y HESS J0632+057 han sido descubiertos por HESS, mientras que el cuarto, LSI +61 303 fue detectado por MAGIC y confirmado mas tarde por VERITAS con nuevas observaciones. Estos cuatro sistemas están formados por una estrella gigante y bien una estrella de neutrones o un agujero negro como compañero.

Concepción artística de un sistema binario formado en este caso por una estrella gigante y una estrella de neutrones. La estrella de neutrones atrae material de la estrella gigante para formar un disco de materia a su alrededor. Esto de alguna forma da lugar a un chorro de materia que es expulsado fuera del sistema binario.

5. Asociaciones de Estrellas

Las asociaciones de estrellas, o mas conocidos como cúmulos de estrellas, son un grupo de estrellas que esta unido gravitacionalmente, de manera similar a como lo esta el sistema solar, con un Sol y unos planetas que giran a su alrededor. El experimento HESS ha descubierto radiación gamma de una zona del cielo que coincide con una de estas asociaciones estelares llamada Terzan 5. De confirmarse esta asociación, se cree que la emisión gamma que observamos seria el resultado del choque de partículas expulsadas por los pulsares que existen dentro de el cúmulo con el viento de las estrellas del mismo.

Cúmulo de estrellas M80, constituido por cientos de miles de estrellas, uno de los mas grandes conocidos dentro de nuestra galaxia.

(Créditos de Imagen: NASA, The Hubble Heritage Team, STScl, AURA)

6. Fuentes no Identificadas

Los telescopios Cherenkov tienen un poder de resolución espacial limitado, lo que hace que en determinados casos donde la acumulación de objetos es alta, como sucede en el plano galactico, sea difícil la asociación de la fuente de radiación gamma con alguna fuente conocida en, por ejemplo, el rango de óptico del espectro. Tambien se da el caso en muchos objetos extensos de la galaxia, que la emisión en las distintos rangos del espectro electromagnético proviene de regiones espaciales distintas, lo que hace mas complicada su asociación. Estos casos hacen que aproximadamente el 33% de las 80 fuentes detectadas en el plano galáctico no tengan una clara asociación a fuentes conocidas.

 

Algunas referencias con resúmenes sobre el estado del campo de la astronomía de rayos gamma

[1] Astronomía de altas energías (en ingles)

[2] Astronomía de rayos gamma con Telescopios Cherenkov (en ingles)

[3] Astronomía de rayos gamma (en ingles)

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