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jueves, septiembre 21, 2023
Iniciosistema solarDescubren la luz de mayor energía proveniente del Sol

Descubren la luz de mayor energía proveniente del Sol

El equipo internacional detrás del descubrimiento también descubrió que este tipo de luz, conocida como rayos gamma, es sorprendentemente brillante. Es decir, hay más de lo que los científicos habían anticipado previamente.

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A veces, el mejor lugar para ocultar un secreto es a plena luz del día. Pregúntale al sol.

“El sol es más sorprendente de lo que sabíamos”, dijo Mehr Un Nisa, investigador asociado postdoctoral en la Universidad Estatal de Michigan. “Pensamos que teníamos esta estrella resuelta, pero ese no es el caso”.

Nisa, que pronto se unirá a la facultad de MSU, es la autora correspondiente de un nuevo artículo en la revista Physical Review Letters que detalla el descubrimiento de la luz de mayor energía jamás observada desde el sol.

El equipo internacional detrás del descubrimiento también descubrió que este tipo de luz, conocida como rayos gamma, es sorprendentemente brillante. Es decir, hay más de lo que los científicos habían anticipado previamente.

Mirando como un HAWC

Aunque la luz de alta energía no llega a la superficie de la Tierra, estos rayos gamma crean firmas reveladoras que fueron detectadas por Nisa y sus colegas que trabajan con el Observatorio Cherenkov de agua a gran altitud, o HAWC.

HAWC es una parte importante de la historia. A diferencia de otros observatorios, funciona las 24 horas.

Una imagen compuesta muestra una fotografía del Observatorio Cherenkov de agua a gran altitud en México observando partículas, cuyas trayectorias se muestran como líneas rojas, generadas por rayos gamma de alta energía del sol. Los investigadores de la Universidad Estatal de Michigan formaron parte del equipo que observó esas partículas y rayos gamma. Crédito: Mehr Un Nisa

“Ahora tenemos técnicas de observación que no eran posibles hace unos años”, dijo Nisa, que trabaja en el Departamento de Física y Astronomía de la Facultad de Ciencias Naturales.

“En este régimen energético particular, otros telescopios terrestres no podrían mirar al sol porque solo funcionan de noche”, dijo. “El nuestro opera 24/7”.

Además de funcionar de manera diferente a los telescopios convencionales, HAWC se ve muy diferente al telescopio típico.

En lugar de un tubo equipado con lentes de vidrio, HAWC utiliza una red de 300 grandes tanques de agua, cada uno lleno con unas 200 toneladas métricas de agua. La red está ubicada entre dos picos de volcanes inactivos en México, a más de 13,000 pies sobre el nivel del mar.

Desde este punto de vista, puede observar las consecuencias de los rayos gamma que golpean el aire en la atmósfera. Tales colisiones crean lo que se llama duchas de aire, que son un poco como explosiones de partículas que son imperceptibles a simple vista.

La energía del rayo gamma original se libera y redistribuye entre nuevos fragmentos que consisten en partículas de menor energía y luz. Son estas partículas, y las nuevas partículas que crean en su camino hacia abajo, las que HAWC puede “ver”.

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Cuando las partículas de la lluvia interactúan con el agua en los tanques de HAWC, crean lo que se conoce como radiación Cherenkov que se puede detectar con los instrumentos del observatorio.

Nisa y sus colegas comenzaron a recopilar datos en 2015. En 2021, el equipo había acumulado suficientes datos para comenzar a examinar los rayos gamma del sol con suficiente escrutinio.

“Después de observar los datos de seis años, apareció este exceso de rayos gamma”, dijo Nisa. “Cuando lo vimos por primera vez, pensamos: ‘Definitivamente lo estropeamos. El sol no puede ser tan brillante con estas energías'”.

Haciendo historia

El sol emite mucha luz que abarca una variedad de energías, pero algunas energías son más abundantes que otras.

Por ejemplo, a través de sus reacciones nucleares, el sol proporciona una tonelada de luz visible, es decir, la luz que vemos. Esta forma de luz lleva una energía de aproximadamente 1 electrón voltio, que es una unidad de medida práctica en física.

Los rayos gamma que observaron Nisa y sus colegas tenían alrededor de 1 billón de electronvoltios, o 1 teraelectronvoltio, abreviado 1 TeV. No solo fue sorprendente este nivel de energía, sino también el hecho de que estaban viendo tanto.

En la década de 1990, los científicos predijeron que el sol podría producir rayos gamma cuando los rayos cósmicos de alta energía (partículas aceleradas por una potencia cósmica como un agujero negro o una supernova) chocan en protones en el sol. Pero, según lo que se sabía sobre los rayos cósmicos y el sol, los investigadores también plantearon la hipótesis de que sería raro ver que estos rayos gamma lleguen a la Tierra.

En ese momento, sin embargo, no había un instrumento capaz de detectar rayos gamma de tan alta energía y no lo habría por un tiempo. La primera observación de rayos gamma con energías de más de mil millones de electronvoltios provino del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA en 2011.

Durante los siguientes años, la misión Fermi demostró que estos rayos no solo podían ser muy energéticos, sino también que había siete veces más de ellos de lo que los científicos habían esperado originalmente. Y parecía que quedaban rayos gamma por descubrir a energías aún más altas.

Cómo se ve un exceso de rayos gamma solares para la Colaboración del Observatorio Cherenkov de agua a gran altitud, que incluye investigadores de la Universidad Estatal de Michigan. Crédito: Colaboración HAWC

Cuando un telescopio se lanza al espacio, hay un límite en cuanto a cuán grandes y poderosos pueden ser sus detectores. Las mediciones del telescopio Fermi de los rayos gamma del sol alcanzaron un máximo de alrededor de 200 mil millones de electronvoltios.

Los teóricos dirigidos por John Beacom y Annika Peter, ambos profesores de la Universidad Estatal de Ohio, alentaron a la Colaboración HAWC a echar un vistazo.

“Nos dieron un codazo y dijeron: ‘No estamos viendo un corte. Es posible que puedas ver algo”, dijo Nisa.

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La Colaboración HAWC incluye más de 30 instituciones en América del Norte, Europa y Asia, y una parte considerable de eso está representada en los casi 100 autores del nuevo artículo. Eso incluye al estudiante de posgrado de la Universidad Estatal de Michigan, Daniel Salazar-Gallegos, al profesor emérito James Linnemann y a Kirsten Tollefson, profesora de física y astronomía y decana asociada de la Escuela de Graduados de MSU.

Ahora, por primera vez, el equipo ha demostrado que las energías de los rayos del sol se extienden en el rango de TeV, hasta casi 10 TeV, que parece ser el máximo, dijo Nisa.

Actualmente, el descubrimiento genera más preguntas que respuestas. Los científicos solares ahora se rascarán la cabeza sobre cómo exactamente estos rayos gamma alcanzan energías tan altas y qué papel juegan los campos magnéticos del sol en este fenómeno, dijo Nisa.

Sin embargo, cuando se trata del cosmos, eso es parte de la emoción. Nos dice que había algo mal, que faltaba o tal vez ambas cosas cuando se trata de cómo entendemos nuestra estrella más cercana y querida.

“Esto muestra que HAWC se está sumando a nuestro conocimiento de nuestra galaxia en las energías más altas, y está abriendo preguntas sobre nuestro propio sol”, dijo Nisa. “Nos está haciendo ver las cosas bajo una luz diferente. Literalmente”.

Con información de Physical Review Letters

SourceSKYCR.ORG
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Skycr_editorhttps://hdavila.com/
Homer Dávila. Máster en geología. Miembro de la International Meteor Organization. Astronomía, radioastronomía, cosmología y ciencia planetaria.
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