Los rayos X revelan cómo la supernova se convirtió en un acelerador de partículas cósmicas gigante
5 min readLa enana blanca que condujo a la histórica supernova de Tycho murió en una violenta explosión, pero su legado parece una bola de algodón rosa esponjosa.
la ultima foto liberado (se abre en una nueva pestaña) El 28 de febrero muestra el remanente de Tycho Supernova (Tycho Supernova o Tycho) como una nube rosa neón bordeada por una delgada línea roja. En una nueva investigación, los astrónomos han mapeado la geometría de los campos magnéticos cercanos a las ondas de choque con un detalle sin precedentes, que es donde dicen que las partículas cargadas se aceleran a velocidades similares a la velocidad de la luz antes de ser liberadas como rayos cósmicos que terminan lloviendo sobre la Tierra.
EL primera evidencia directa (se abre en una nueva pestaña) para este proceso se remonta a 2011, cuando el Observatorio de rayos X Chandra capturó un patrón de bandas de rayos X en el borde exterior de Tycho. En ese momento, los astrónomos dijeron que las rayas son puntos donde los campos magnéticos se enredan, atrapando electrones que luego giran en espiral a través de los campos a energías más altas y emiten rayos X.
Si bien los astrónomos saben desde hace mucho tiempo que supernova los remanentes aceleran rápidamente las partículas cargadas a energías extremadamente altas, los detalles de cómo se aceleran exactamente no se conocen bien.
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Ahora, los investigadores han estudiado electrones altamente excitados cerca de donde se aceleran a velocidades similares a las de la luz en Tycho, cuya explosión liberó tanta energía como la que emitiría el sol en 10 mil millones de años. Los investigadores dicen que los últimos hallazgos los acercan a cómo los remanentes de supernova como Tycho se convierten en aceleradores de partículas cósmicas gigantes.
El proceso “implica una delicada danza entre el orden y el caos”, dijo Patrick Slane, astrofísico sénior del Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica y coautor del último estudio, en un comunicado. declaración (se abre en una nueva pestaña).
El equipo de Slane utilizó datos del Explorador de polarimetría de rayos X de imágenes de la NASA (IXPE) observatorio espacial. Los tres telescopios de rayos X idénticos a bordo del IXPE estudiaron a Tycho dos veces en 2022: desde finales de junio hasta principios de julio, y del 21 al 25 de diciembre, según el estudio.
A partir de los datos recopilados, el equipo pudo estudiar los rayos X producidos por electrones de alta energía cerca del borde de Tycho al atravesar campos magnéticos. Los investigadores explican que el borde rojo, donde Tycho acelera las partículas a velocidades similares a las de la luz, es muy delgado porque los electrones que emiten rayos X pierden su energía muy rápidamente. Entonces, cuando se mueven a una distancia notable de ese borde, “han perdido tanta energía que ya no producen rayos X”, dijo Slane a Space.com en un correo electrónico.
Antes de que llegaran los datos de IXPE, Slane y su equipo no estaban seguros de lo que encontrarían, agregó. En última instancia, para mapear la geometría del campo magnético, el equipo buscó señales que mostró cuán polarizada es la radiación de rayos X.
Sin embargo, estas señales son sensibles al enredo de campos magnéticos: cuando la turbulencia en estos campos es alta, la radiación es menos direccional y menos intensa, lo que significa que el IXPE no puede detectar señales de polarización con tanta fuerza. Las simulaciones del equipo habían demostrado previamente que las señales que esperaban detectar podrían ser demasiado débiles, lo que significaría que el campo magnético está muy desordenado.
“Eso sería importante”, dijo Slane a Space.com en un correo electrónico, “pero es un poco decepcionante decir: ‘¡No he visto nada, y eso es realmente importante!'”.
Cuando llegaron los datos del IXPE, el equipo descubrió que los campos magnéticos estaban definitivamente desordenados: tenían una gran turbulencia, “pero no tan alta como para que no pudiéramos detectar la polarización”, agregó.
Así que midieron la polarización de rayos X y encontraron que era un 9 % en el centro del resto y un 12 % más alta en el borde. Esta es una medida de sesgo mucho más alta que el objetivo anterior del equipo, Casiopea Alo que demuestra que los campos magnéticos de Tycho son más ordenados, dicen los investigadores.
“Estas observaciones son las primeras en probar realmente la polarización de emisión de los electrones más energéticos en estos aceleradores de partículas cósmicas”, dijo Slane a Space.com en un correo electrónico.
Una vez que supieron el ángulo o grado de polarización, el equipo de Slane pudo mapear la geometría del campo magnético, que vieron estirado en una dirección hacia afuera, o radial.
Los investigadores ya sabían esto por observaciones de radio anteriores, por lo que el descubrimiento no fue una sorpresa total. Dicen que el observatorio espacial IXPE les ha ayudado a mapear el terreno con mucho más detalle que las observaciones anteriores, a escalas más pequeñas que un parsec — 3,26 años luz o 19 billones de millas (31 billones de km).
Aprendieron que para que Tycho acelere sus partículas cargadas a velocidades cercanas a la luz, “se requieren campos magnéticos fuertes y turbulentos”, dijo Slane en la misma declaración, “pero IXPE nos muestra que hay uniformidad a escala, o coherencia, también involucrada”. , hasta los sitios donde se produce la aceleración”.
Utilizando estos datos, el equipo descubrió que la estructura radial permanece intacta hasta los sitios de aceleración, que antes desconocían. Dicen que esta idea arrojará luz sobre cómo Tycho acelera las partículas cargadas a energías al menos cien veces más altas que incluso el aceleradores de partículas más potentes en la tierra.
La investigación se describe en un papel (se abre en una nueva pestaña) publicado en el último número de The Astrophysical Journal.
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