1LHAASO J1852+0050u: GeV-100TeV Gamma-ray emission Powered by Star-forming Region?

Muy por encima de la Tierra, en el aire tenue de la meseta tibetana, una enorme matriz de sensores espera algo extraordinario. Estos sensores forman parte del Observatorio de Lluvia de Aire de Gran Altitud LHAASO, y están diseñados para captar las firmas tenues y fugaces de las partículas más energéticas del universo. Estas partículas, llamadas rayos cósmicos, son núcleos atómicos que viajan por el espacio casi a la velocidad de la luz. Durante casi un siglo, los científicos se han preguntado de dónde obtienen estas partículas su increíble velocidad. Si bien se sabe que algunas provienen de las violentas explosiones de estrellas moribundas, las más poderosas, que alcanzan energías un millón de veces superiores a las que nuestros aceleradores de partículas más potentes pueden crear, han seguido siendo un misterio. Encontrar la fuente de estos "Pevatrones" —objetos capaces de acelerar partículas a energías tan extremas— es una de las grandes búsquedas de la astronomía moderna, ya que finalmente revelaría los motores que impulsan el universo de alta energía.

En un estudio reciente, los investigadores centraron su atención en un parche específico del cielo en la constelación de Aquila, donde se había detectado una misteriosa fuente de rayos gamma de alta energía. Esta fuente, catalogada como 1LHAASO J1852+0050u, es un vasto y difuso resplandor de radiación que había sido detectado a energías que superan los cien billones de electronvoltios. El rompecabezas era identificar qué estaba creando este resplandor. La región está abarrotada de objetos astronómicos conocidos, incluyendo los restos de dos estrellas explotadas y una estrella de neutrones que gira rápidamente, conocida como púlsar. El equipo, liderado por investigadores de la colaboración LHAASO, se propuso determinar si uno de estos objetos familiares era el culpable, o si algo más exótico estaba en juego.

Para resolver el misterio, los científicos combinaron datos de múltiples telescopios. Reexaminaron cuatro años de observaciones de LHAASO, que proporcionaron un mapa detallado de los rayos gamma de alta energía, y lo emparejaron con dieciséis años de datos del satélite Fermi-LAT, que observa rayos gamma de menor energía. También observaron el gas molecular invisible en la región mediante radiotelescopios, que pueden revelar la presencia de densas nubes de gas y polvo donde nacen las estrellas. Al unir estas diferentes visiones, los investigadores pudieron separar la tenue señal de la fuente principal del resplandor de sus vecinos. Descubrieron que el resplandor de rayos gamma no es un punto único, sino una región extendida que se superpone con un bullicioso criadero de nuevas estrellas.

El primer sospechoso que el equipo consideró fue un púlsar de edad media, una estrella densa y giratoria que ha estado rotando durante unos doscientos mil años. Los púlsares son conocidos por crear nubes de partículas de alta energía que pueden emitir rayos gamma. Sin embargo, cuando los investigadores realizaron simulaciones para ver si este púlsar específico podía generar la cantidad de energía observada, las cifras no cuadraban. El púlsar simplemente no tenía suficiente potencia para explicar el brillante resplandor de alta energía visto por LHAASO. El equipo también observó los restos cercanos de estrellas explotadas, pero las distancias y los tipos específicos de gas en la región los descartaron como la fuente primaria. La evidencia apuntaba lejos de estos orígenes violentos y explosivos.

En su lugar, los datos apuntaban hacia un proceso más continuo, aunque igualmente violento: el nacimiento de estrellas masivas. La fuente de rayos gamma se encuentra directamente sobre una densa nube de gas molecular, que es la materia prima para la formación estelar. Dentro de esta nube se encuentra una región específica conocida como G34.26+0.15, un sitio donde se están gestando actualmente estrellas masivas. Los investigadores descubrieron que los rayos gamma de menor energía detectados por el satélite Fermi coinciden con la ubicación de estrellas jóvenes en formación, mientras que los rayos gamma de mayor energía detectados por LHAASO se alinean con la presencia de estrellas masivas y plenamente formadas en el mismo cúmulo.

Los científicos proponen una explicación de dos partes para la radiación. Sugieren que los rayos gamma de menor energía son producidos por protones acelerados por los poderosos chorros y flujos de salida de las estrellas jóvenes en formación. Estas estrellas jóvenes aún están acumulando masa, y su actividad energética agita el gas circundante, acelerando las partículas a altas velocidades. Los rayos gamma de mayor energía, que alcanzan hasta los cien billones de electronvoltios, son probablemente producidos por vientos aún más poderosos de las estrellas masivas y adultas en el mismo cúmulo. Estas estrellas masivas lanzan material al espacio a velocidades tremendas, creando ondas de choque que pueden acelerar partículas a las energías extremas requeridas para producir la radiación observada.

El estudio concluye que esta región de formación estelar es probablemente un "Pevatrón", un acelerador de partículas natural capaz de impulsar rayos cósmicos a energías que antes se creía que eran dominio exclusivo de las explosiones más violentas. Los investigadores estiman que el cúmulo contiene entre veinte y doscientas estrellas masivas, cuyos vientos combinados proporcionan la energía necesaria para mantener esta emisión de alta energía. Aunque no pueden descartar completamente la presencia de otros púlsares ocultos o no vistos en la región, la evidencia favorece fuertemente a la región de formación estelar como el motor dominante. Este descubrimiento añade un nuevo capítulo a nuestra comprensión de los rayos cósmicos, sugiriendo que los criaderos caóticos y energéticos donde nacen las estrellas son tan capaces de crear las partículas más energéticas del universo como las muertes catastróficas de las estrellas.