Los rayos cósmicos constituyen protones de alta energía y núcleos atómicos que se originan en estrellas (tanto dentro de nuestra galaxia como en otras galaxias) y son acelerados por supernovas y otros objetos astrofísicos de alta energía.
Nuestra comprensión actual del espectro de energía de los rayos cósmicos galácticos sugiere que sigue una dependencia de la ley de potencia, en el sentido de que el índice espectral de los protones detectados dentro de un determinado rango de energía disminuye según la ley de potencia a medida que aumenta la energía.
Pero las observaciones recientes realizadas con espectrómetros magnéticos para niveles de energía bajos y calorímetros para niveles de energía altos han insinuado una desviación de esta variación de la ley de potencia, con el índice espectral de protones aumentando alrededor de una energía de unos pocos cientos de GeV a energías de hasta 10 TeV. . Tras este “endurecimiento espectral”, caracterizado por un valor absoluto más pequeño del índice espectral, se ha detectado un “ablandamiento espectral” por encima de 10 TeV utilizando el Telescopio de Electrones CALorimétrico (CALET), un telescopio espacial instalado en la Estación Espacial Internacional.
Sin embargo, es necesario realizar mejores mediciones con estadísticas altas y baja incertidumbre en un amplio espectro de energía para confirmar estas estructuras espectrales.
Esto es exactamente lo que se propuso hacer un equipo de investigadores internacionales dirigido por el profesor asociado Kazuyoshi Kobayashi de la Universidad de Waseda en Japón. “Con los datos recopilados por CALET durante aproximadamente 6,2 años, hemos presentado una estructura espectral detallada de los protones de rayos cósmicos. La novedad de nuestros datos radica en la medición de altas estadísticas en un rango de energía más amplio de 50 GeV a 60 TeV, “dice Kobayashi.
Los hallazgos de su estudio, que incluyeron contribuciones del profesor emérito Shoji Torii de la Universidad de Waseda (PI, o investigador principal, del proyecto CALET) y el profesor Pier Simone Marrocchesi de la Universidad de Siena en Italia, se publicaron en la revista Physical Review Letters.
Las nuevas observaciones confirmaron la presencia de endurecimiento y ablandamiento espectral por debajo y por encima de 10 TeV, lo que sugiere que el espectro de energía del protón no es consistente con una sola variación de la ley de potencia para todo el rango. Además, el ablandamiento espectral que comienza alrededor de 10 TeV es consistente con una medición anterior informada por el telescopio espacial Dark Matter Particle Explorer (DAMPE). Curiosamente, se encontró que la transición por ablandamiento espectral era más nítida que por endurecimiento espectral.
Las variaciones y la incertidumbre en los nuevos datos de CALET se controlaron mediante simulaciones de Monte Carlo. Las estadísticas mejoraron en un factor de alrededor de 2,2 y la función de endurecimiento espectral se confirmó con una significancia mayor de más de 20 sigmas.
Hablando sobre la importancia de esta investigación, Kobayashi comenta que “este resultado contribuirá significativamente a nuestra comprensión de la aceleración de los rayos cósmicos por parte de las supernovas y el mecanismo de propagación de los rayos cósmicos. El próximo paso sería extender nuestra medición de los espectros de protones a niveles aún mayores. energías con incertidumbres sistemáticas reducidas. Esto debería ir acompañado de un cambio en la comprensión teórica para adaptarse a las nuevas observaciones”.
Sin embargo, no se trata solo de rayos cósmicos. Más bien, el estudio continúa mostrando cuánto aún no entendemos sobre nuestro universo, y que vale la pena reflexionar sobre ello.
Con información de Phys.org
