En un gran avance, investigadores israelíes han medido partículas invisibles conocidas como rayos cósmicos en las profundidades de una nube de polvo a 400 años luz de la Tierra.
El estudio revisado por pares que detecta estas partículas no observadas previamente podría ayudar a esclarecer el origen de las estrellas en la galaxia.
“Estos rayos cósmicos son cruciales para comprender el proceso de formación de nuevas estrellas”, declaró el investigador principal, el profesor Shmuel Bialy, de la Facultad de Física del Instituto Tecnológico Technion-Israel. “Esto abre 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 penetraron la gigantesca nebulosa Barnard 68, en la lejana constelación de Ofiuco.
La investigación se publicó el miércoles en Nature Astronomy.
“Nadie pensó que sería posible observar estos rayos cósmicos porque nunca antes se habían visto”, afirmó Bialy. “Ahora, demostramos que es posible. Fuimos los primeros en observarlo, y la señal fue intensa y nítida”.
Rayos cósmicos: "partículas de alta energía"
"Es importante para los habitantes de la Tierra porque estamos investigando cómo se forman las estrellas", declaró Amit Chemke, de 27 años, estudiante de maestría del grupo de Bialy y coautor del trabajo de investigación. "Nuestro Sol se formó hace miles de millones de años, pero ¿cómo se forman otros soles?".
Chemke afirmó que el término "rayos cósmicos" resulta "confuso" porque no son radiación ni están relacionados con la luz.
Fueron descubiertos y nombrados por Victor F. Hess en 1912, y el nombre perduró.
"En realidad, son partículas de materia: protones, electrones y núcleos atómicos", explicó Chemke. “Estas partículas de alta energía zumban alrededor de la galaxia” casi a la velocidad de la luz.
“Son muy energéticas y chocan con nubes de polvo o nebulosas”, dijo.
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, incluyendo 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 comienzan a formarse nuevas estrellas.
Cuando las partículas de estos rayos cósmicos impactan una nebulosa, pueden penetrarla por completo, explicó Chemke, según The Times of Israel.
Las partículas hacen vibrar las moléculas de hidrógeno dentro de la nebulosa. Esta vibración emite radiación infrarroja, que los investigadores pudieron medir.
Dentro de la nebulosa, los rayos cósmicos desencadenan procesos químicos, incluyendo la creación de nuevas moléculas como agua, amoníaco y metanol.
"Los rayos cósmicos influyen en el proceso de formación estelar", explicó Chemke.
"Dijimos: 'Intentémoslo. ¿Por qué no?'"
Se ha observado la radiación infrarroja procedente de estrellas masivas y calientes durante décadas", afirmó Bialy. "Estas estrellas calientes emiten una intensa radiación ultravioleta en lugares como la Nebulosa de Orión, por ejemplo".
Sin embargo, los rayos cósmicos de las nebulosas son mucho más tenues, añadió, y los científicos afirmaron que no eran lo suficientemente fuertes como para ser observados.
Durante la pandemia de COVID-19, Bialy comentó que siguió trabajando durante décadas en una teoría sobre la radiación emitida por los rayos cósmicos en las nebulosas.
“Seguí adelante porque disfrutaba el proceso de resolver las ecuaciones, de calcularlo todo”, dijo. “Pensé que, aunque nunca lo observemos, me lo estoy pasando bien”.
Bialy comentó que, desde niño, siempre le encantó la física y la astronomía.
Creció en Rusia antes de emigrar a Israel con su familia. Sus padres le contaron que pronunció su primera frase en ruso una noche cuando exclamó: "¡Miren, miren, una estrella!".
Durante su posdoctorado en el Centro Smithsonian de Astrofísica de Harvard en Cambridge, Bialy se hizo amigo del astrónomo italiano Sirio Belli, especializado en la observación de la radiación infrarroja.
Bialy compartió sus cálculos. "Dijimos: 'Intentémoslo'. Aunque la gente diga que nunca podremos observarlo, ¿por qué no?", comentó.
Instalaron un telescopio en un observatorio de Arizona y observaron nebulosas durante "20 horas de exposición muy prolongada. ¿Y adivinan qué? No vimos nada".
Entonces decidieron preguntar si podían realizar investigaciones utilizando el Telescopio Espacial James Webb de la NASA, mucho más sensible que cualquier otro en la Tierra.
El telescopio, lanzado en diciembre de 2021, orbita el Sol a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros (930.000 millas) de la Tierra.
Bialy explicó que de cada 10 propuestas que recibe la NASA para el telescopio, solo eligen una.
"Tras varias pruebas, nos aprobaron", declaró Bialy. "Tuvimos ocho horas de investigación con 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 entre 10 y 20 grados Kelvin, apenas por encima del cero absoluto. Según las predicciones, colapsará en unos 200.000 años, formando una nueva estrella.
Pero hasta que eso ocurra, 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, afirmó que los datos del telescopio de la NASA "han abierto una ventana completamente nueva en la astrofísica de rayos cósmicos".
El equipo de investigación ha recibido otras 50 horas de datos observacionales desde el espacio para analizarlos.
"Esto nos permitirá medir eficazmente la intensidad de los rayos cósmicos en muchos lugares de la galaxia", declaró Bialy. “Y, en última instancia, en los próximos años, planeamos ampliarlo aún más, tal vez a muchas decenas de nebulosas que nos rodean para medir la distribución de los rayos cósmicos en todo el espacio galáctico”.
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