En un avance significativo, investigadores israelíes han medido partículas invisibles conocidas como rayos cósmicos en el interior de una nube de polvo ubicada a 400 años luz de la Tierra.
El estudio, revisado por pares, que detecta estas partículas previamente no observadas, podría ayudar a arrojar luz sobre cómo nacen las estrellas en la galaxia.
“Estos rayos cósmicos son cruciales para nuestra comprensión del proceso de formación de nuevas estrellas”, declaró el profesor Shmuel Bialy, investigador principal de la Facultad de Física del Instituto de Tecnología Technion de Israel, a The Times of Israel. “Esto simplemente ha abierto la puerta a un nuevo campo de investigación en la astrofísica moderna”.
El equipo internacional de Bialy utilizó observaciones del Telescopio Espacial James Webb de la NASA para medir la radiación infrarroja de los rayos cósmicos que habían penetrado en la gigantesca nebulosa Barnard 68, en la lejana constelación de Ofiuco.
La investigación fue publicada en Nature Astronomy el miércoles.
“Nadie pensó que sería posible observar estos rayos cósmicos porque nunca antes se habían visto”, dijo Bialy. “Ahora, demostramos que es posible. Fuimos los primeros en observarlos, y la señal fue fuerte y clara”.
Rayos cósmicos: ‘partículas de alta energía’
“Es importante para las personas en la Tierra porque estamos investigando cómo se forman las estrellas”, dijo Amit Chemke, de 27 años, estudiante de maestría en el grupo de Bialy y coautor del artículo de investigación. “Nuestro Sol se formó hace miles de millones de años, pero ¿cómo se forman otros soles?”
Hablando con The Times of Israel, Chemke dijo que el término “rayos cósmicos” es “confuso” porque los rayos no son radiación ni están conectados con la luz.
Fueron descubiertos y nombrados por Victor F. Hess en 1912, y el nombre se mantuvo.
“En realidad son partículas de materia: protones, electrones y núcleos atómicos”, dijo Chemke. “Estas partículas de alta energía zumban alrededor de la galaxia” a casi la velocidad de la luz.
“Son muy energéticas y chocan con nubes de polvo, o nebulosas”, añadió.
Gigantescas nubes de polvo y espacio entre las estrellas
Una nebulosa es una enorme nube que existe en el espacio entre las estrellas. La galaxia está llena de estas nubes masivas, que contienen polvo y gases, incluido hidrógeno y helio.
“El Sol es como un grano de sal comparado con estas nubes”, dijo Bialy.
Algunas nebulosas se crean a partir del gas y el polvo emitidos por las explosiones de estrellas moribundas. Otras son regiones donde se están formando nuevas estrellas.
Cuando las partículas voladoras de estos rayos cósmicos chocan con una nebulosa, pueden “penetrar completamente”, explicó Chemke.
Las partículas hacen que las moléculas de hidrógeno dentro de la nebulosa vibren. Esta vibración emite radiación infrarroja, que los investigadores pudieron medir.
Dentro de la nebulosa, los rayos cósmicos provocan procesos químicos, incluida la creación de nuevas moléculas como agua, amoníaco y metanol.
“Los rayos cósmicos tienen un efecto en el proceso de formación estelar”, dijo Chemke.
‘Dijimos, probemos. ¿Por qué no?’
Durante décadas, se ha observado radiación infrarroja proveniente de estrellas masivas y calientes, dijo Bialy. “Estas estrellas calientes emiten intensa radiación ultravioleta en lugares como la Nebulosa de Orión, por ejemplo”.
Sin embargo, los rayos cósmicos de las nebulosas son mucho más débiles, dijo, y los científicos afirmaron que no eran lo suficientemente fuertes como para ser observados.
Durante la pandemia de COVID-19, Bialy dijo que continuó trabajando en una teoría de décadas de antigüedad sobre la radiación emitida por los rayos cósmicos en las nebulosas.
“Simplemente seguí adelante porque disfrutaba del proceso de hacer las ecuaciones, calcular todo”, dijo. “Pensé que incluso si nunca lo observamos, me divertiría”.
Bialy dijo que incluso de niño, siempre le encantaron la física y la astronomía.
Creció en Rusia antes de que su familia emigrara a Israel. Sus padres le contaron que pronunció su primera frase en ruso una noche cuando exclamó: “¡Mira, mira, una estrella!”.
Durante su postdoctorado en el Centro de Astrofísica Harvard Smithsonian en Cambridge, Bialy se hizo amigo del astrónomo italiano Sirio Belli, cuya especialidad era la observación de la radiación infrarroja.
Bialy compartió sus cálculos. “Dijimos, probemos. Incluso si la gente dice que nunca podremos observarlo, ¿por qué no?”, dijo.
Los dos instalaron un telescopio en un observatorio en Arizona, observando nebulosas durante “20 horas de exposición muy larga. Y adivinen qué? No vimos nada”.
Entonces, la pareja de científicos decidió preguntar si podían realizar una investigación utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, que es un “instrumento mucho más sensible que cualquier cosa que tengamos en la Tierra”.
El telescopio, lanzado en diciembre de 2021, orbita el Sol a unos 1,5 millones de kilómetros (930.000 millas) de la Tierra.
Bialy dijo que por cada 10 propuestas que la NASA recibe para el telescopio, solo una es elegida.
“Después de varios intentos, fuimos aprobados”, dijo Bialy. “Obtuvimos ocho horas de tiempo de investigación en el Telescopio Espacial James Webb”.
La nebulosa Barnard 68, aproximadamente 2 millones de veces más grande que el Sol, es fría y densa, con temperaturas de alrededor de 10-20 Kelvin, apenas por encima del cero absoluto. Según las predicciones, colapsará en unos 200.000 años, formando una nueva estrella.
Pero hasta que eso suceda, los investigadores pudieron detectar la radiación infrarroja emitida por las moléculas de hidrógeno vibrantes dentro de la nebulosa.
David Neufeld, profesor de física y astronomía de la Universidad Johns Hopkins, quien también participó en este estudio, dijo que los datos del telescopio de la NASA “han abierto una ventana completamente nueva a la astrofísica de los rayos cósmicos”.
El equipo de investigación ha recibido ahora otras 50 horas de datos de observación del espacio para analizar.
“Esto nos permitirá medir eficazmente la intensidad de los rayos cósmicos en muchos lugares de la galaxia”, dijo Bialy. “Y en última instancia, en los próximos años, planeamos extenderlo aún más, tal vez a decenas de nebulosas a nuestro alrededor para medir la distribución de los rayos cósmicos en todo el espacio galáctico”.
