University of Warwick/Dr. Andrew Levan

La explicación más probable sostiene que el estallido puede deberse a la ruptura de una estrella próxima por el agujero negro supermasivo del centro de la galaxia. Gracias a las mediciones realizadas por  el Gran Telescopio Canarias (GTC), gestionado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se obtuvo el primer espectro que sirvió para determinar la distancia al objeto y caracterizar la galaxia en que se encuentra.

El pasado 28 de marzo, el satélite Swift (NASA) alertaba de la detección de una inusual emisión de rayos gamma. En un principio se creyó que se trataba de uno de los ya conocidos estallidos de rayos gamma –o GRBs, por sus siglas en inglés-, que suelen asociarse con la muerte de estrellas muy masivas y pierden intensidad en cuestión de minutos. Pero Sw 1644+57 no sólo mantuvo su luminosidad, sino que se reactivó otras tres veces en 48 horas y muestra una intensidad nunca vista en todas las longitudes de onda, desde rayos gamma hasta radio. Tras un primer análisis quedó claro que no se trataba de un GRB y que su explicación requería de algún nuevo tipo de fuente desconocida hasta la fecha.

Un grupo internacional de astrónomos, en el que participan investigadores del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), publica esta semana en la revista Science Express los resultados de un estudio intensivo del objeto que atribuye su origen a un mecanismo nunca visto y relacionado con el agujero negro supermasivo en el núcleo de esa galaxia.

Gracias a las mediciones realizadas por el Gran Telescopio Canarias (GTC), gestionado por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), se obtuvo el primer espectro que sirvió para caracterizar la galaxia en que se encuentra el objeto y a qué distancia: unos 3.800 millones de años luz. El GTC es el mayor telescopio óptico infrarrojo del mundo, con un espejo primario de 10,4 metros de diámetro.

Pocas horas después del estallido, los investigadores emplearon instrumentos en tierra para localizar la contrapartida en óptico de la emisión en rayos gamma. Los datos obtenidos con los telescopios GTC (La Palma), Gemini-North (Hawaii) y Keck (Hawaii) desmintieron la hipótesis inicial que ubicaba el evento dentro de nuestra galaxia.

Se inició entonces una campaña internacional de seguimiento para dilucidar la naturaleza de Sw 1644+57 con algunos de los más avanzados instrumentos disponibles, como el satélite de rayos X Chandra, el Telescopio Espacial Hubble y el Very Large Baseline Array (VLBA). Los investigadores hallaron que el objeto emitía intensamente en todo el espectro electromagnético, desde los rayos gamma hasta las ondas de radio, y lo ubicaron en las densas regiones centrales de la galaxia.

La intensidad, duración y carácter variable de Sw 1644+57 lo convierten en un objeto astronómico sin precedentes que, dada su posición, parecería estar relacionado con el agujero negro supermasivo en el núcleo de la galaxia. El pico máximo de brillo correspondería a un agujero negro de unas diez mil millones de masas solares lo que, sin embargo, supera la masa total de la propia galaxia e indica que en los alrededores del agujero negro ha debido producirse una intensa fulguración, quizá debido a la ruptura de una estrella en las proximidades (posibilidad que contempla otro artículo que se publica en la misma edición de Science Express).

Observatorios empleados en la campaña de observación:

Satélite Swift (NASA), Gran Telescopio Canarias (GTC, La Palma), Gemini-North Telescope (Hawaii), Nordic Optical Telescope (NOT, La Palma), , Keck Telescope (Hawaii), United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT, UK), Peters Automated Infrared Imaging Telescope (PAIRITEL), Chandra X Ray Observatory, Institut de Radioastronomie Milimétrique (IRAM), Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT), Hubble Space Telescope y Very Large Baseline Array (VLBA).

Más información en:

http://www.iac.es/divulgacion.php?op1=16&id=680 y http://www.gemini.edu/node/11646

R. Wagner, Instituto Max Planck de Física Werner Heisenberg

El sistema estéreo MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov), con los mayores telescopios del mundo de rayos gamma de Muy Alta Energía (VHE, por sus siglas en inglés), situado en el Observatorio del Roque de los Muchachos, en la isla canaria de La Palma, ha observado rayos gamma procedentes de tres nuevos objetos fuera de la Vía Láctea: una galaxia, un agujero negro supermasivo y una fuente aún desconocida. Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han tenido una participación directa en el descubrimiento de los dos últimos junto con investigadores de otras instituciones que conforman la colaboración MAGIC.

La primera de las fuentes es IC 310, una galaxia situada en la parte externa de la región del cúmulo de galaxias de Perseo. La segunda, el quásar 4C+21.35, alberga un agujero negro supermasivo situado a una distancia de unos 4500 millones de años luz (una tercera parte del radio del Universo), lo que la convierte en la tercera fuente de rayos gamma VHE más distante encontrada hasta el momento. Por último, ha sido detectada la misteriosa fuente 1FGL J2001+435, cuya distancia y naturaleza son aún desconocidas.

Los rayos gamma VHE proceden de los fenómenos más violentos del universo: la explosión de estrellas masivas en forma de supernovas, las estrellas de neutrones que quedan como residuos de muchas de estas explosiones, la materia que cae en los agujeros negros estelares o supermasivos, los núcleos activos de las galaxias, los estallidos de rayos gamma, que se cree que son producidos por el colapso de una estrella gigante rotando muy rápidamente o por el choque de dos estrellas que orbiten una alrededor de la otra, etc.

Un agujero negro difícil de cazar

El IAC ha estado involucrado en el descubrimiento de 4C +21.35 y de 1FGL J2001+435, los dos hallazgos más recientes. Las observaciones de la primera fuente comenzaron el pasado 3 de mayo de 2010 y se realizó un seguimiento hasta el 17 de junio de 2010, día en el que por fin se detectó el agujero negro supermasivo. Este hallazgo supone un avance en los modelos teóricos que tratan de describir los procesos que tienen lugar en este tipo de objetos.

Por otro lado, la observación de la fuente 1FGL J2001+435 se realizó como parte de una campaña de observación multifrecuencia en la que participaban telescopios ópticos, telescopios ultravioleta, de infrarrojos, de rayos X y radio, que cubría la mayor parte del espectro electromagnético. Se trata de una fuente no identificada y de la que no se sabe prácticamente nada, ni la distancia ni el tipo de fuente…Teniendo en cuenta las observaciones de MAGIC y los datos en rayos X, podría tratarse de una galaxia con núcleo activo. La cantidad de rayos gamma medidos y su espectro de energía podrían proporcionar una medida de la distancia.

Colaboración MAGIC

La Colaboración MAGIC, un esfuerzo común de 150 físicos europeos, inauguró en 2003 el mayor telescopio de rayos gamma de Muy Alta Energía del mundo: el telescopio de 17 metros MAGIC-I. En 2008, un segundo telescopio mejorado fue construido a una distancia de 85 metros de MAGIC-I, en el que se consiguió duplicar su sensibilidad con respecto a su ‘gemelo’. MAGIC-II se hizo realidad en gran medida gracias al esfuerzo del responsable del proyecto, Florian Goebel, del Instituto Max Planck de Física, en Múnich, quien lamentablemente murió días antes de la primera luz del telescopio. El segundo telescopio ha convertido a MAGIC en la herramienta con mayor capacidad para cubrir el hueco observacional existente entre satélites y telescopios terrestres.

Los investigadores españoles constituyen casi una tercera parte de este contingente científico y han construido partes decisivas de los dos telescopios, como la cámara de MAGIC-I o el sistema de electrónica de lectura de MAGIC-II. En España está también localizado el centro de tratamiento y almacenamiento de datos de ambos telescopios. Siete instituciones españolas son miembros de MAGIC: el Instituto de Astrofísica de Andalucía (CSIC), el Instituto de Astrofísica de Canarias, el Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC/CSIC), el Instituto de Física de Altas Energías, la Universidad Autónoma de Barcelona, la Universidad de Barcelona y la Universidad Complutense de Madrid. Los grupos españoles de este joven campo de investigación reciben el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación y de los proyectos Consolider-Ingenio CPAN y MULTIDARK.

Más información en:
http://www.iac.es/

NASA/ DOE/ Fermi LAT Collaboration

Astrónomos usando el telescopio espacial Fermi de rayos gamma han detectado emisiones de rayos gamma provenientes de una nova, por primera vez, un hallazgo que sorprendió tanto a observadores como a teóricos.  El descubrimiento contradice la idea que las explosiones de novas no tienen el poder para emitir radiación de tan alta energía.

Una nova es un aumento de brillo súbito y de corta duración de una estrella que, de otro modo, presenta un brillo discreto. La explosión se produce cuando en una  enana blanca, en un sistema binario,  ocurre el estallido de una explosión termonuclear.

“En términos humanos, ésta fue una erupción inmensamente poderosa, equivalente a cerca de 1.000 veces la energía emitida por el Sol en un año”, dijo Elizabeth Hays, científica del proyecto Fermi en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard, de la NASA, en Greenbelt, Maryland. “Pero en comparación con otros eventos cósmicos que ve Fermi, fue bastante modesto. Estamos asombrados que Fermi lo haya detectado tan bien”.

Los rayos gamma son la forma más energética de la luz, y el telescopio de gran área LAT de Fermi detectó la nova durante 15 días. Los científicos creen que la emisión surgió como una onda de choque de un millón y medio de kilómetros por hora escapando del lugar de la explosión.

Un artículo científico detallando el descubrimiento aparecerá en la edición del 13 de agosto de 2010 de la revista Science.

La historia comenzó en Japón durante la madrugada del 11 de marzo de 2010, cuando los astrónomos aficionados Koichi Nishiyama y Kabashima Fujio en Miyaki-cho, prefectura de Saga, fotografiaron un drástico cambio de brillo en una estrella en la constelación del Cisne. Se dieron cuenta que la estrella, conocida como V407 Cyg, estaba 10 veces más brillante que en una imagen que habían tomado tres días antes.

El equipo transmitió el descubrimiento de la nova a Hiroyuki Maehara, de la Universidad de Kyoto, que notificó a los astrónomos de todo el mundo para realizar observaciones de seguimiento. Antes que este aviso se hiciera ampliamente disponible, la explosión fue reportada, de forma independiente, por otros tres aficionados japoneses: Tadashi Kojima, Tsumagoi-mura Agatsuma-gun, en la prefectura de Gunma; Kazuo Sakaniwa, Higashichikuma-gun, en la prefectura de Nagano, y Akihiko Tago, Tsuyama-shi, en la prefectura de Okayama.

El 13 de marzo de 2010, David Donato, de Goddard, estaba en servicio en el LAT “promotor de flares”, un científico que supervisa la descarga de datos diarios de las fuentes de potencial interés, cuando se dio cuenta de una detección significativa en Cygnus. Pero la vinculación de esta fuente a la nova tomaría varios días, en parte porque los miembros clave del equipo de Fermi se encontraban en París, por una reunión de la colaboración científica de LAT.

“Esta región está cerca del plano galáctico, la cual aglutina muchos tipos de fuentes de rayos gamma: púlsares, remanentes de supernovas, y otras, en nuestra propia galaxia, además de las galaxias activas más allá de ella”, dijo Donato. “Si la nova hubiese ocurrido en otro lugar del cielo, descubrir la conexión hubiese sido más fácil”.

El equipo de LAT comenzó un esfuerzo concertado para identificar la misteriosa fuente, en los días siguientes. El 17 de marzo, los investigadores decidieron obtener un turno de observación por “objetivo de oportunidad” en el satélite Swift, de la NASA, sólo para descubrir que Swift ya estaba observando el mismo punto.

“En ese momento, sabía que Swift estaba apuntando a V407 Cyg, pero no sabía por qué”, dijo Teddy Cheung, astrofísico del Laboratorio de Investigación Naval (NRL) en Washington, DC, y autor líder del estudio. Examinando los datos de Swift, Cheung no veía más fuentes de rayos X que podrían explicar lo que LAT de Fermi estaba viendo.

Tenía que ser V407 Cyg .

Media hora más tarde, Cheung aprendió de otros miembros del equipo de LAT que el sistema había sido objeto de una explosión de nova, razón por la cual se habían disparado las observaciones de Swift. “Cuando miramos más de cerca, encontramos que LAT había detectado rayos gamma, por primera vez, en la misma época que el descubrimiento de la nova”, dijo.

V407 Cyg se encuentra a 9.000 años luz de distancia. El sistema es una llamada binaria simbiótica, que contiene una enana blanca compacta y una estrella gigante roja de alrededor de 500 veces el tamaño del Sol.

“La gigante roja está tan hinchada que su atmósfera externa está escapándose al espacio”, dijo Adam Hill, de la Universidad Joseph Fourier, en Grenoble, Francia. El fenómeno es similar al viento solar producido por el Sol, pero el flujo es mucho más intenso. “Cada década, la gigante roja arroja suficiente hidrógeno como para igualar la masa de la Tierra”, agregó.

La enana blanca intercepta y captura algo de este gas, que se acumula en su superficie. A medida que el gas se apila durante décadas o siglos, con el tiempo se vuelve tan caliente y denso que se fusiona y se convierte en helio. Este proceso de producción de energía provoca una reacción fuera de control que hace explotar el gas acumulado.

La enana blanca, sin embargo, permanece intacta.

La explosión crea una envoltura densa y caliente en expansión llamada frente de choque, compuesta por partículas de alta velocidad, gas ionizado y campos magnéticos. Según un espectro temprano obtenido por Christian Buil, en el Observatorio Castanet. en Tolosa, Francia, la onda de choque de la nova se expandía a 11 millones de kilómetros por hora – o casi un 1 por ciento la velocidad de la luz.

Los campos magnéticos atrapan partículas dentro de la envoltura y los aceleran a tremendas energías. Antes que puedan escapar, las partículas habrán llegado a velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Los científicos dicen que los rayos gamma pueden producirse cuando estas partículas aceleradas se estrellan contra el viento de la gigante roja.

“Sabemos que los remanentes de las mucho más potentes explosiones de supernovas pueden atrapar y acelerar partículas como éstas, pero nadie sospechaba que los campos magnéticos de las novas eran suficientemente fuertes como para hacerlo así”, dijo Soebur  Razzaque, del NRL.

Los remanentes de supernova duran 100.000 años y afectan regiones del espacio de miles de años luz de diámetro.

Kent Wood, del NRL, compara los estudios astronómicos de los remanentes de supernova con mirar imágenes estáticas en un álbum de fotos. “Se necesitan miles de años para que los remanentes de supernova evolucionen, pero con esta nova hemos visto el mismo tipo de cambios en pocos días”, dijo. “Hemos pasado de un álbum de fotos a una película”.

Más información en:

http://www.nasa.gov/

NASA/ CXC/ M Weiss

Una explosión cósmica de rayos gamma que golpee a la Tierra podría ser perjudicial para el plancton del océano a profundidades de hasta 75 metros, según un equipo de investigadores cubanos. Estos organismos representan hasta el 40% de la fotosíntesis de los océanos, por lo que tal acontecimiento podría tener un grave impacto sobre los niveles de dióxido de carbono de la Tierra.

Los estallidos de rayos gamma (GRBs) son los eventos electromagnéticos más luminosos conocidos que se producen en el Universo, liberando hasta 10^44 J de energía de rayos gamma en un haz estrecho en varios segundos. Los hay de dos tipos, largos y cortos, siendo los primeros los más comunes y se cree que son causados por el colapso del núcleo de una supernova. Hasta la fecha, los GRBs observados lo han sido en galaxias distantes y no en nuestra propia Vía Láctea. Sin embargo, algunos investigadores creen que un GRB fue el responsable de la extinción masiva del Ordovícico, hace aproximadamente 450 millones de años.

Con esto en mente, un equipo de biólogos y físicos de la Universidad Central de Las Villas, en Santa Clara, Cuba, ha modelado lo que podría suceder si un GRB cercano – unos 6000 años luz de distancia – impactase la Tierra hoy. “Nuestro deseo era vincular la astrofísica con la ciencias ambientales, lo que es un área inexplorada. Queríamos saber cómo podrían afectar las explosiones estelares, a la evolución de la vida en la Tierra”, dijo el físico Rolando Cárdenas.

Electrones destripadores

El peligro para la vida del plancton en los océanos no serían los propios rayos gamma sino los destellos de radiación ultravioleta (UV) causada por la interacción de los rayos gamma con la atmósfera. La llegada inicial de rayos gamma de la GRB puede extraer electrones de las moléculas de gas. Estos electrones entonces pueden excitar otras moléculas y crear una emisión de energía UV. Según Cárdenas, entre el 1 y el 10% de la energía de rayos gamma incidente llega al suelo en forma de luz ultravioleta y tiene el potencial de dañar el plancton. El resto viene en forma de luz visible o infrarroja, que es menos peligrosa para la vida.

Con el fin de modelar el efecto de esta radiación UV, el equipo examinó el albedo típico de los océanos de la Tierra con el fin de calcular el espectro de UV a diferentes profundidades. También tuvo en cuenta la calidad óptica del agua porque no todos los océanos tienen la misma claridad. Combinando éstos con algunos otros factores se encontraron con que un rayo UV puede penetrar hasta 75 m en el agua clara, dañando una enzima crucial necesaria para la fotosíntesis y provocando, además,  que el plancton dedique la energía de la fotosíntesis a la reparación del ADN dañado.

Esta supresión de la capacidad de fotosíntesis del plancton podría tener un efecto profundo en el clima de la Tierra. El dióxido de carbono se consume en gran cantidad por parte de una sola especie del plancton oceánico: Prochlorococcus marinus, que representa el 20% de toda la  fotosíntesis de la biosfera. El plancton es también el primer eslabón de muchas cadenas alimentarias  oceánicas y su desaparición a manos de una GRB afectaría a toda la cadena alimentaria.

Eventos raros en las galaxias ricas en metales

Sin embargo, los GRBs son raros en las galaxias como la Vía Láctea. “La explicación más  probable es que la Vía Láctea es más rica en  metales – con muchos elementos más pesados que el helio – y las GRBs se producen menos en ambientes ricos en metales”, explica Andrew Levan, investigador de GRBs en la Universidad de Warwick, Reino Unido. A pesar de esta rareza, el impacto de un GRB en la Tierra no es una exageración. “Es probable que suceda alrededor de un GRB  cada 10 millones de años, más o menos, en nuestra galaxia. Para afectar a la Tierra tendría que estar alineado con nosotros y no demasiado lejos. Sin embargo, es posible que a lo largo de sus más de 4500 millones de años de historia, la Tierra podría haber sido afectada por un GRB “, añadió Levan.

Los resultados han sido aceptados para publicación en Astrophysics and Space Science.

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http://physicsworld.com/

NASA/ DOE/ Fermi LAT Collaboration

Nuevas imágenes del telescopio Fermi de rayos gamma, de la NASA, muestra dónde emiten los remanentes de supernova radiación mil millones de veces más energética que la luz visible. Las imágenes llevan a los astrónomos un paso más cerca de la comprensión del origen de algunas de las partículas más energéticas del Universo: los rayos cósmicos.

Los rayos cósmicos son principalmente protones que se mueven por el espacio casi a la velocidad de la luz. En su viaje por la galaxia, las partículas son desviadas por los campos magnéticos. Esto modifica sus trayectorias y enmascara sus orígenes.

“Entender las fuentes de los rayos cósmicos es uno de los objetivos clave de Fermi”, dijo Stefan Funk, astrofísico del Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología (KIPAC), situado conjuntamente con el Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC y la Universidad de Stanford, California.

Cuando los rayos cósmicos colisionan con el gas interestelar, producen rayos gamma.

“Fermi ahora nos permite comparar las emisiones provenientes de remanentes de diferentes edades y en diferentes ambientes”, añadió Funk. Él presenta sus hallazgos el lunes 15 de febrero de 2010 en la reunión de la Sociedad Americana de Física, en Washington, DC.

El telescopio de gran área LAT de Fermi cartografió rayos gamma de mil millones de electrón-voltios (GeV) de tres remanentes de supernova de mediana edad, conocidos como W51C, W44 e IC 443, que nunca antes habían sido resueltos en estas energías (la energía de la luz visible es entre 2 y 3 electrón-voltios). Cada remanente está constituido por los deshechos en expansión de una estrella masiva que explotó entre 4.000 y 30.000 años atrás.

Además, LAT de Fermi también espió rayos gamma de GeV provenientes de Cassiopeia A (Cas A), un remanente de supernova de sólo 330 años de edad. Los observatorios terrestres, que detectan los rayos gamma miles de veces más energéticos que los que LAT fue diseñado para ver, han detectado previamente a Cas A.

“Los más viejos remanentes son extremadamente brillantes en rayos gamma de GeV, pero relativamente débiles en energías más altas. Los remanentes más jóvenes muestran un comportamiento distinto”, explicó Yasunobu Uchiyama, investigador Panofsky Fellow, en el SLAC. “Tal vez los rayos cósmicos de energía más alta han dejado remanentes más viejos, y Fermi ve emisión de partículas atrapadas en energías más bajas”.

En 1949, el físico que dio su nombre al telescopio Fermi, Enrico Fermi, sugirió que los rayos cósmicos de más alta energía eran acelerados en los campos magnéticos de las nubes de gas. En las décadas que siguieron, los astrónomos demostraron que los remanentes de supernova son los mejores sitios de la galaxia candidatos para este proceso.

Los remanentes jóvenes de supernovas parecen poseer los campos magnéticos más intensos y los rayos cósmicos de más alta energía. Los campos más intensos pueden mantener las partículas de mayor energía en la onda de choque del remanente el tiempo suficiente como para acelerarlos a las energías observadas.

Las observaciones de Fermi muestran que los rayos gamma de GeV proceden de lugares donde se sabe que los remanentes están interactuando con las nubes de gas densas y frías.

“Creemos que los protones acelerados en el remanente están colisionando con los átomos del gas, provocando la emisión de rayos gamma”, dijo Funk. Una explicación alternativa es que el rápido movimiento de electrones emite rayos gamma a medida que sobrevuelan los núcleos de los átomos de gas. “Por ahora, no podemos distinguir entre estas posibilidades, pero esperamos que observaciones adicionales con Fermi nos ayuden a hacerlo”, agregó.

De cualquier manera, estas observaciones convalidan la idea que los remanentes de supernova actúan como enormes aceleradores de partículas cósmicas.

“Qué apropiado es que Fermi parezca confirmar la idea audaz y avanzada en más de 60 años del científico por quien recibió su nombre”, señaló Roger Blandford, director del KIPAC.

Más información en:

http://www.nasa.gov/

http://svs.gsfc.nasa.gov/

NASA

Radioastrónomos han descubierto pulsares de 17 milisegundos en nuestra galaxia al estudiar fuentes de alta energía detectadas por el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, de la NASA. Los astrónomos hicieron el descubrimiento en un lapso menor a 3 meses. Tal salto en la difícil tarea de localizar este tipo de objetos promete usarlos como una especie de “GPS galácticos” y para detectar ondas gravitacionales que pasan cercanas a nuestro planeta.

Un pulsar es un núcleo altamente magnetizado y de rápida rotación remanente de la explosión de una estrella masiva. Debido únicamente a que la rápida rotación genera la emisión de intensos rayos gamma, ondas de radio y partículas, estos pulsares gradualmente disminuyen su rotación conforme envejecen. Pero los pulsares viejos giran cientos de veces por segundo – mucho más rápido que una batidora de cocina. Estos pulsares de milisegundos se han transformado y rejuvenecido por la acreción de materia tomada de una estrella compañera.

“Los radioastrónomos descubrieron el primer pulsar de milisegundos hace 28 años”, señala Paul Ray, del Laboratorio Naval de Investigación, en Washington. “Localizar estos objetos con estudios de radio en todo el cielo requiere un enorme esfuerzo y tiempo, y nosotros únicamente hemos localizado un total de 60 en el disco de nuestra galaxia, hasta ahora. El telescopio espacial Fermi apunta a objetivos específicos. Lo que equivale a tener ‘el mapa del tesoro’”.

Los pulsares de milisegundos son los relojes más precisos de la naturaleza, con una estabilidad por debajo del microsegundo a largo plazo, rivalizando con los relojes atómicos humanos. El monitoreo preciso de los cambios en el tiempo en un conjunto de pulsares de milisegundos en todo el cielo podrá permitir la primera detección de ondas gravitacionales, una consecuencia largamente buscada de la Teoría de la Relatividad de Einstein.

“El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) usa mediciones del tiempo de retraso entre relojes de satélites para determinar dónde se encuentra usted, en la Tierra”, explica Scott Ransom, del Observatorio Nacional de Radioastronomía en Charlottesville, Virginia. “De modo similar, al monitorear los cambios de tiempo de una constelación de pulsares de milisegundo ubicados en todo el cielo, nos permitirá detectar el fondo acumulado de ondas gravitacionales que pasan”.

Las fuentes detectadas por Fermi no están asociadas con ningún objeto emisor de rayos gamma y no muestran evidencia de tener pulsaciones. Sin embargo, los científicos consideran que es probable que muchas fuentes no identificadas puedan convertirse en pulsares.

Para una vista más detallada en longitudes de ondas de radio, Ray organizó el Consorcio de Búsqueda de Pulsares de Fermi, y reclutó un grupo de radioastrónomos con experiencia en el uso de cinco de los radiotelescopios más grandes a nivel mundial: el Observatorio Nacional de Radioastronomía; Telescopio Robert C. Byrd Green Bank, en Virginia Occidental; Observatorio Parkes, en Australia; el Radiotelescopio Nançay, en Francia, el Radiotelescopio Effelsberg, en Alemania; y el Telescopio Arecibo, en Puerto Rico.

Después de estudiar aproximadamente 100 objetivos, y con un intensivo análisis computacional de datos, aún en curso, los descubrimientos recién empiezan.

“A otros relevamientos les tomó décadas encontrar muchos de los pulsares que ahora conocemos”, señala Ransom, quien lidera uno de los grupos de descubrimiento. “Teniendo a Fermi, que nos dice dónde buscar, es contar con gran ventaja”.

Cuatro de los nuevos objetos son pulsares también llamados “viuda negra”, debido a que la radiación proviene de un pulsar reciclado que destruyó su estrella compañera para poder aumentar su tasa de giro.

“Algunas de estas estrellas tiene reducida su masa al equivalente de decenas de júpiteres”, señala Ray. “Hemos duplicado el número conocido de estos sistemas en el disco de la galaxia, y nos ayudará a comprender mejor su desarrollo”.

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NASA/ DOE/ Fermi LAT Collaboration

El telescopio espacial Fermi de rayos gamma ha hecho la primera detección sin ambigüedad de rayos gamma de alta energía provenientes de un enigmático sistema binario conocido como Cygnus X-3. El sistema alberga una estrella masiva muy caliente junto a un objeto compacto que puede ser tanto una estrella de neutrones como un agujero negro que lanza al espacio chorros gemelos de materia emitiendo ondas de radio y que viajan a más de la mitad de la velocidad de la luz.

Los astrónomos llaman a estos sistemas microcuasares. Sus propiedades (fuerte emisión en un amplio rango de longitudes de onda, rápidos cambios de brillo y chorros en ondas de radio) recuerdan a versiones en miniatura de galaxias distantes (llamadas cuasares y blazares) cuya emisión se piensa que está alimentada por enormes agujeros negros.

“Cygnus X-3 es un microcuasar genuino y es el primero para el cual podemos probar emisiones de rayos gamma de alta energía”, dijo Stéphane Corbel de la Universidad Diderot, de Francia.

El sistema, detectado por primera vez en 1966 como una de las fuentes de rayos X más intensas del cielo, fue también una de las más tempranas en ser sugerida como fuente de rayos gamma. Los esfuerzos para confirmar aquellas observaciones ayudaron a dar un empuje al desarrollo de mejores detectores de rayos gamma, un legado que culmina con el telescopio de gran área LAT (Large Area Telescope) a bordo de Fermi.

En el centro de Cygnus X-3 hay una estrella masiva Wolf-Rayet. Con una temperatura superficial de 100000 C, o alrededor de 17 veces más caliente que el Sol, la estrella es tan caliente que su masa es lanzada al espacio en forma de un poderoso flujo llamado viento estelar. “En unos 100.000 años , este viento denso y rápido quita tanta masa de la estrella Wolf-Rayet como la que contiene el Sol”, dijo Robin Corbet, de la Universidad de Maryland, en el condado de Baltimore.

Cada 4,8 horas, la compañera compacta sumergida en un disco de gas caliente gira alrededor de la estrella. “Este objeto es más probablemente un agujero negro, pero no podemos descartar que se trate de una estrella de neutrones”, agregó Corbet.

El telescopio LAT de Fermi detectó cambios en el flujo de rayos gamma de Cygnus X-3 relacionados con el movimiento orbital de 4,8- horas de la compañera. La emisión más brillante de rayos gamma ocurre cuando el disco está en el punto más alejado de su órbita. “Esto sugiere que los rayos gamma surgen de interacciones entre electrones moviéndose rápidamente por encima y por debajo del disco y de la luz ultravioleta de la estrella”, explicó Corbel.

Cuando los fotones ultravioletas chocan con partículas moviéndose a una fracción apreciable de la velocidad de la luz, los fotones ganan energía y se vuelven rayos gamma. “El proceso se realiza mejor cuando un electrón energético que apunta hacia la Tierra sufre una colisión frontal con un fotón ultravioleta”, agrega Guillaume Dubus, del Laboratorio de Astrofísica, en Grenoble, Francia. “Y esto ocurre más a menudo cuando el disco está en el lado más lejano de su órbita”.

A través de procesos no totalmente comprendidos, parte del gas que debería caer al objeto compacto de Cygnus X-3 en cambio se escapa hacia afuera en un par de chorros estrechos y opuestos. Las observaciones de radio midieron el movimiento del gas dentro de estos chorros en más de la mitad de la velocidad de la luz.

Entre el 11 de octubre y el 20 de diciembre de 2008, y nuevamente entre el 8 de junio y el 2 de agosto de 2009, Cygnus X-3 fue inusualmente activa. El equipo encontró que las erupciones en las emisiones de rayos gamma del sistema eran precedidas por destellos en los chorros de radio por casi cinco días, sugiriendo fuertemente una relación entre ambos.

Los hallazgos, publicados en la edición electrónica de Science del 26 de noviembre de 2009, proveerá nuevo conocimiento acerca de cómo las partículas de alta energía se tornan aceleradas y cómo se mueven a través de los chorros.

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NASA/ DOE/ Fermi LAT Collaboration

Galaxias cercanas sometidas a un furioso ritmo de formación estelar también emiten muchos rayos gamma, dicen los astrónomos usando el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, de la NASA. Dos de las llamadas galaxias de explosiones estelares (starburst galaxies), más un satélite de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, representan una nueva categoría de objetos que emiten rayos gamma detectados tanto por Fermi, como por observatorios basados en la superficie terrestre.

“Las galaxias de explosión de estrellas no han sido accesibles en rayos gamma antes”, dijo el miembro del equipo Fermi Seth Digel, físico del Laboratorio Nacional del Acelerador SLAC en Menlo Park, California “. La mayoría de las galaxias que Fermi ve son blazares distantes y exóticas, las cuales producen chorros propulsados por materia cayendo dentro de enormes agujeros negros. Pero estas nuevas galaxias están mucho más cerca de nosotros y son mucho más parecidas a la nuestra”.

Los rayos gamma son la forma más energética de luz. Fermi ha detectado más de mil fuentes puntuales y cientos de explosiones de rayos gamma, pero el satélite también detecta un ancho resplandor que sigue aproximadamente el plano de nuestra galaxia. Esta difusa emisión de rayos gamma se produce cuando partículas en rápido movimiento, llamadas rayos cósmicos, golpean el gas galáctico o incluso la luz estelar.

Los rayos cósmicos son electrones hiper rápidos, positrones y núcleos atómicos, moviéndose a casi la velocidad de la luz. Pero, aunque la Tierra es constantemente bombardeada por estas partículas, su origen se mantiene en misterio cien años después de su descubrimiento. Los astrónomos sospechan que las cáscaras en rápido movimiento de las estrellas explosivas de algún modo aceleran las partículas de rayos cósmicos hasta su fantástica energía.

“Por primera vez, estamos viendo una emisión difusa desde regiones formadoras de estrellas en galaxias diferentes a la nuestra”, notó Jürgen Knödlseder, colaborador de Fermi en el Centro para el Estudio de Radiación Espacial en Toulouse, Francia. Él habló a la prensa durante el Simposio Fermi 2009, una reunión en Washington de cientos de astrofísicos implicados en la misión Fermi y estudios relacionados.

Knödlseder reveló una imagen capturada por el telescopio de área amplia LAT de Fermi de una región de formación estelar conocida como 30 Doradus en la Nube Mayor de Magallanes (NMM). Localizada a 170 mil años luz de distancia, en la constelación austral Dorado, la NMM es la más grande de varias galaxias satélites pequeñas que orbitan a la nuestra.

Más estrellas se forman en la “fábrica estelar” 30 Doradus que en cualquier sitio similar de la Vía Láctea. “La región es una intensa fuente de rayos gamma, y la emisión difusa que vemos con Fermi concuerda con el brillante gas que vemos en luz visible”, explicó Knödlseder.

La región brilla en rayos gamma por la misma razón que lo hace la Vía Láctea – porque los rayos cósmicos golpean las nubes de gas y la luz estelar. Pero Fermi demuestra que la emisión difusa más brillante de la NMM permanece cerca de 30 Doradus y no se extiende a lo largo de la galaxia. Esto implica que la fábrica estelar en sí, es la fuente de rayos cósmicos que produce el resplandor.

“Las regiones de formación estelar producen cantidades de masivas estrellas de corta vida, las cuales explotan cuando mueren,” dijo Digel. “La conexión tiene sentido”.

“Los enmarañados campos magnéticos cercanos a 30 Doradus probablemente confinan a los rayos cósmicos a sus sitios de aceleración”, dijo Knödlseder.

LAT de Fermi ve emisión difusa desde las galaxias de estrellas en explosión M82 y NGC 253, la cual también fue vista este año por observatorios basados en la superficie terrestre sensibles a rayos gamma cientos de veces más energéticos que los que LAT puede detectar. Esto produce débiles destellos en la parte superior de la atmósfera causados por la absorción de rayos gamma que transportan billones de veces la energía de la luz visible.

“El corazón de M82 forma estrellas a una velocidad diez veces más grande que la galaxia Vía Láctea entera”, dijo Niklas Karlsson, un posdoctorando del Planetario Adler, en Chicago. Él es también miembro del equipo científico para VERITAS, el conjunto de telescopios de rayos gamma, en Arizona, que detectó M82, la cual está a 12 millones de años luz de distancia en la constelación Osa Mayor.

“Estos rayos gamma de muy alta energía exploran procesos físicos en otras galaxias que nos ayudarán a entender cómo y dónde los rayos cósmicos son acelerados”, explicó Karlsson.

“Nuestra sensibilidad a los rayos gamma – en el espacio y en el suelo – se ha incrementado enormemente gracias a Fermi y a observatorios como VERITAS”, dijo Digel. “Esto abre un detallado estudio de procesos de alta energía en galaxias muy cercanas a nuestro hogar”.

Más información en:

http://www.nasa.gov/

CfA/ V.A. Acciari

Hace casi 100 años, los científicos detectaron los primeros signos de rayos cósmicos (partículas subatómicas, mayormente protones, que atraviesan velozmente el espacio, casi a la velocidad de la luz. Los rayos cósmicos más energéticos impactan con la energía de una bola de béisbol viajando a casi 160 km/h, incluso aunque sean más pequeños que un átomo. Los astrónomos se preguntaban qué fuerza natural podría acelerar las partículas a tales velocidades. Nuevas pruebas, procedentes del conjunto de telescopios VERITAS, demuestran que los rayos cósmicos están posiblemente impulsados por estrellas en explosión y por “vientos” estelares.

Estos hallazgos se publicaron en la edición en línea del 1 de noviembre de 2009 de la revista Nature y se presentan en una conferencia de prensa en el Simposio Científico de Fermi, en Washington, DC.

Buscando el origen de los rayos cósmicos

Los rayos cósmicos más raros portan 100.000 millones de veces la energía generada por cualquier acelerador de partículas de la Tierra. El término histórico “rayo cósmico” es equívoco, dado que se trata de partículas individuales, no de un rayo o chorro. Los astrónomos han ideado ingeniosos métodos para detectar rayos cósmicos que impactan en la atmósfera de la Tierra. No obstante, detectar rayos cósmicos desde cierta distancia requiere mucho esfuerzo.

VERITAS ha encontrado nuevas pruebas de rayos cósmicos en la “Galaxia del Cigarro”, también conocida como Messier 82 (M82), la cual está situada a 12 millones de años luz de la Tierra, en la dirección de la constelación Ursa Major, la Osa Mayor.

“Este descubrimiento ha sido predicho durante casi 20 años, pero hasta ahora ningún instrumento era lo bastante sensible para verlo”, dijo Wystan Benbow, astrofísico del Observatorio Astrofísico Smithsoniano. Benbow coordinó este proyecto para la colaboración VERITAS (de las siglas en inglés para Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System, Sistema del Conjunto de Telescopios de Imagen de Radiación Muy Energética).

Las observaciones de VERITAS apoyan sólidamente la teoría largamente sustentada que dice que las supernovas y los vientos estelares procedentes de las estrellas masivas son los aceleradores predominantes de las partículas de los rayos cósmicos. Las galaxias con altos niveles de formación estelar, como M82, también conocidas como galaxias de “estallido estelar” (starburst galaxies), tienen un gran número de supernovas y estrellas masivas. Si la teoría se mantiene, entonces las galaxias de estallido estelar deberían contener más rayos cósmicos que las galaxias normales. El descubrimiento de VERITAS confirma tal expectativa, indicando que la densidad de rayos cósmicos en M82 es aproximadamente 500 veces la media de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

“Este descubrimiento proporciona una visión fundamental acerca del origen de los rayos cósmicos”, dice Rene Ong, profesor de física en la Universidad de California en Los Ángeles, y vocero de la colaboración VERITAS.

Usando rayos gamma para inferir rayos cósmicos

VERITAS no podía detectar directamente rayos cósmicos de M82 debido a que están atrapados dentro de la Galaxia del Cigarro. En lugar de esto, VERITAS buscó pistas para la presencia de rayos cósmicos: los rayos gamma. Los rayos gamma son la forma de luz más energética, mucho más que la luz ultravioleta o incluso que los rayos X. Cuado un rayo cósmico interactúa con el gas interestelar, la radiación dentro de M82, produce rayos gamma, los cuales pueden escapar de su galaxia y llegar a los detectores terrestres.

Llevó dos años de dedicada recolección de datos extraer la débil señal procedente de M82.

“Sabíamos que la detección de M82 tendría importantes implicaciones científicas. Como resultado, programamos una exposición excepcionalmente larga inmediatamente después que el experimento estuvo completamente operativo”, dijo Benbow. “Los datos tenían que ser meticulosamente analizados para extraer la señal de rayos gamma, la cual es aproximadamente un millón de veces menor que el ruido de fondo. Aunque la señal es sólo una diminuta fracción de los datos, realizamos muchos chequeos buscando posibles sesgos y confiamos en que la señal es genuina”.

“La detección de M82 indica que el Universo está lleno de aceleradores de partículas naturales y, conforme continúen avanzando los observatorios de rayos gamma terrestres, hacer nuevos descubrimientos será inevitable”, dijo Martin Pohl, profesor de física de la Universidad Estatal de Iowa que ayudó a dirigir el estudio. El observatorio de rayos gamma de muy alta energía de la próxima generación, AGIS (Advanced Gamma-ray Imaging System, del inglés para Sistema Avanzado de Imagen de Rayos Gamma), ya está en desarrollo.

Más información en:

http://www.cfa.harvard.edu/

H.E.S.S. Collaboration

El sistema de telescopios H.E.S.S. detectó radiación de alta energía proveniente de la región de formación estelar explosiva de un sistema galáctico fuera de la Vía Láctea.

Bastantes pocas galaxias distantes resultan ser salas de parto cósmicas. Un gran número de estrellas masivas nacen en los corazones de estas galaxias de estallido estelar, y luego explotan como supernovas. En los restos que dejan atrás, las partículas se aceleran a energías muy altas. Los astrofísicos han utilizado los telescopios H.E.S.S. para realizar mediciones detalladas de los rayos gamma de la galaxia NGC 253. Como era previsible, esta radiación de alta energía se origina en la región de máxima actividad de supernovas, cercana al centro. (Science Express, septiembre de 2009).

A una distancia de unos doce millones de años luz, NGC 253 es una de nuestras galaxias espirales más cercanas fuera del llamado grupo local de nuestra Vía Láctea y sus compañeras. Las observaciones en luz visible, así como en el infrarrojo y los rangos de frecuencia de radio ya habían demostrado que había una pequeña región, en el centro de NGC 253, que dio origen a un número muy elevado de estrellas. Esta región presenta una densidad muy alta de polvo y gas interestelar.

Las estrellas de gran masa nacidas en esta región utilizan su combustible nuclear con relativa rapidez y escalonan una crisis energética, al final de su vida. El núcleo se contrae mientras la estrella se destruye en una explosión final. Una supernova tal, súbitamente se enciende un millón o incluso millones de veces más brillante que antes. Las partículas cargadas, aceleradas a energías muy altas en los restos de esas explosiones, reaccionan con el medio circundante o con los campos electromagnéticos para generar cuantos gamma de muy alta energía.

Entre 2005 y 2008, los astrofísicos utilizaron el sistema de telescopios HESS, en Namibia, durante un lapso total de observación de 119 horas, para detectar los rayos gamma a energías que exceden los 220 GeV (miles de millones de electronvoltios). La fuente de estos rayos se encuentra precisamente en el centro óptico de la galaxia NGC 253 y aparece puntual para Hess. Esto hace que sea la más débil fuente descubierta hasta la fecha en el rango de la radiación gamma de muy alta energía.

El flujo de radiación de la región de estallido de nacimientos estelares de NGC 253 medida por HESS implica una enorme densidad de rayos cósmicos – más de 1.000 veces mayor que en el centro de la Vía Láctea. Por otra parte, la alta densidad del gas hace más eficiente la conversión de rayos cósmicos en rayos gamma en alrededor de un orden de magnitud. En consecuencia, la región central de NGC 253 brilla alrededor de cinco veces más en la luz de los rayos gamma, que todo el resto de la galaxia en conjunto.

Más información en:

http://www.mpg.de/