Publicado 07/07/2021 11:08CET

Explicación a los elementos pesados en rayos cósmicos galácticos

La misión MMS está integrada por cuatro naves idénticas volando en formación
La misión MMS está integrada por cuatro naves idénticas volando en formación - NASA

   MADRID, 7 Jul. (EUROPA PRESS) -

   Datos de la misión Magnetospheric Multiscale (MMS) de la NASA han permitido explicar la presencia de elementos energéticos pesados en los rayos cósmicos galácticos (GCR).

   Los nuevos hallazgos tienen implicaciones significativas para la composición de los rayos cósmicos y los espectros de radiación observados en las estructuras astrofísicas.

   Los GCR están compuestos por partículas energéticas de rápido movimiento, principalmente iones de hidrógeno llamados protones, los elementos más ligeros y abundantes del universo. Los científicos han debatido durante mucho tiempo cómo se aceleran las trazas de iones pesados en los GCR.

   La explosión de supernova de una estrella moribunda crea ondas de choque masivas que se propagan a través del espacio circundante, acelerando los iones en su camino hacia energías muy altas, creando GCR. La forma en que los iones pesados se energizan y aceleran es importante porque afectan la redistribución de la masa en todo el universo y son esenciales para la formación de elementos aún más pesados y químicamente complejos. También influyen en cómo percibimos las estructuras astrofísicas.

   "Se cree que los iones pesados son insensibles a una onda de choque entrante porque son menos abundantes, y la energía de choque se consume abrumadoramente por la preponderancia de protones. Imagínese de pie en una playa mientras las olas mueven la arena bajo sus pies, mientras usted permanece en su lugar ", dijo en un comunicado el doctor Hadi Madanian de SwRI (Southwest Research Institute), autor principal del artículo sobre esta investigación publicado en Astrophysical Journal Letters. "Sin embargo, esa visión clásica de cómo se comportan los iones pesados en condiciones de choque no siempre es lo que hemos visto en observaciones de alta resolución del entorno espacial cercano a la Tierra con la misión MMS".

   Los fenómenos de choque también ocurren en el entorno cercano a la Tierra. El campo magnético del Sol es transportado a través del espacio interplanetario por el flujo de viento solar supersónico, que es obstruido y desviado por la magnetosfera de la Tierra, una burbuja de protección alrededor de nuestro planeta de origen. Esta región de interacción se llama choque de proa debido a su forma curva, comparable a las olas de proa que ocurren cuando un barco viaja a través del agua. El arco de choque de la Tierra se forma a una escala mucho más pequeña que los choques de supernova. Sin embargo, a veces, las condiciones de este pequeño choque se asemejan a las de los remanentes de supernova. El equipo utilizó mediciones in situ de alta resolución de la nave espacial MMS en el arco de choque para estudiar cómo se aceleran los iones pesados.

   "Observamos una intensa amplificación del campo magnético cerca del arco de choque, una propiedad conocida asociada con choques fuertes como los remanentes de supernova. Luego analizamos cómo se comportaron las diferentes especies de iones cuando se encontraron con el arco de choque", dijo Madanian. "Descubrimos que estos campos mejorados modifican significativamente la trayectoria de los iones pesados, redirigiéndolos a la zona de aceleración del impacto".

   Si bien no se esperaba que este comportamiento ocurriera para los iones pesados, el equipo identificó evidencia directa de este proceso en partículas alfa, iones de helio que son cuatro veces más masivos que los protones y tienen el doble de carga.

   "La excelente resolución de las observaciones de MMS nos ha dado una imagen mucho más clara de cómo una onda de choque energiza los elementos pesados. Podremos utilizar esta nueva comprensión para mejorar nuestros modelos informáticos de aceleración de rayos cósmicos en choques astrofísicos", dijo David Burgess, profesor de matemáticas y astronomía en la Universidad Queen Mary de Londres y coautor del artículo.

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