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astronomía

Científicos miden la evolución de la luz de fondo extragaláctica de hace 5.000 millones de años

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viernes, 24/05/13 - 15:56

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Detección del horizonte rayos gamma cósmicos: Medidas de toda la luz en el universo desde el Big Bang

Detección del horizonte rayos gamma cósmicos: Medidas de toda la luz en el universo desde el Big Bang

MADRID, 24 (EUROPA PRESS)

Científicos han medido la evolución de la luz de fondo extragaláctica (EBL, en sus siglas en inglés), un baño de los antiguos y los jóvenes fotones (partículas de luz) que inundan el universo, en los últimos 5.000 millones años, cuyo resultado sugiere que los tipos de galaxias observadas hoy son responsables de la mayor parte de la EBL de todos los tiempos, según publica la revista 'Astrophysical Journal' en su edición de este sábado.

Si se puede medir cuidadosamente el número y la energía (longitud de onda) de todos los fotones, no sólo en la actualidad, sino también en el tiempo, es posible conocer importantes secretos sobre la naturaleza y evolución del Universo, incluyendo la manera similar o diferente de las antiguas galaxias en comparación con las que vemos hoy. Una medición precisa de la EBL es tan fundamental para la cosmología como medir la radiación térmica dejada por el Big Bang (el fondo cósmico de microondas) con longitudes de onda de radio.

Un nuevo documento de Alberto Domínguez, investigador postdoctoral en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de California, Riverside (Estados Unidos), y seis coautores sobre la base de las observaciones que abarcan las longitudes de onda de las ondas de radio hasta los rayos gamma muy energéticos, obtenidas de varias naves de la NASA y varios telescopios terrestres, describe la mejor medida hecha de la evolución de la EBL en los últimos 5.000 millones de años.

La medición directa de la EBL mediante la recopilación de los fotones con un telescopio, sin embargo, plantea retos técnicos imponentes más difíciles de tratar que ver la banda oscura de la Vía Láctea que atraviesa el cielo en la noche del centro de Manhattan. La Tierra está dentro de una galaxia muy luminosa, con miles de millones de estrellas y gas brillante.

De hecho, la luz solar dispersada por el polvo en el plano de la órbita de la Tierra crea la luz zodiacal, que se irradia en el espectro óptico a larga longitud de onda infrarroja. De esta forma, los telescopios terrestres y espaciales no han logrado medir con fiabilidad la EBL directamente.

Por ello, los astrofísicos desarrollaron un método de trabajo ingenioso midiendo la EBL indirectamente a través de la medición de la atenuación, es decir, la absorción de la alta energía de rayos gamma de blazares distantes, que son agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias con chorros brillantes apuntando directamente hacia nosotros como un rayo de luz.

No todos los rayos gamma de alta energía emitidos por un blazar, sin embargo, hacen todo el camino a través de miles de millones de años luz de la Tierra, sino que en algunos golpean a un desafortunado fotón de EBL en el camino. Cuando un fotón de rayos gamma de alta energía de un blazar golpea una energía mucho menor de fotones de EBL, ambos se aniquilan y producen dos partículas diferentes: un electrón y su antipartícula, el positrón, que vuelan por el espacio y nunca más se sabe de ellos.

Diferentes energías de los rayos gamma de alta energía se extienden por las distintas energías de fotones de EBL. Por lo tanto, la medición de la cantidad de rayos gamma de diferentes energías es atenuada o debilitada indirectamente por blazares a diferentes distancias de la Tierra, de modo que da una medida de la cantidad de fotones de EBL de diferentes longitudes de onda que existen a lo largo de la línea de visión del blazar a la Tierra sobre esas distancias diversas.

Las observaciones de blazares por Fermi Gamma Ray desde la nave espacial Hubble de la NASA detectaron por primera vez que los rayos gamma de blazares lejanos son realmente atenuados más que los rayos gamma de blazares cercanos, un resultado anunciado el 30 de noviembre de 2012 en un artículo publicado en 'Science', como teóricamente se predijo.

La gran novedad en esta ocasión es que la evolución de la EBL en los últimos 5.000 millones años se ha medido por primera vez porque mirar muy lejos en el Universo supone supone echar la vista atrás en el tiempo. El espectro de atenuación de radiación gamma de blazares más distantes revela cómo la EBL mira a épocas anteriores.

Este fue un proceso de múltiples pasos. En primer lugar, los coautores compararon los resultados de Fermi con la intensidad de los rayos X de los mismos blazares medidos por los satélites de rayos X Chandra, Swift, Rossi X-ray Timing Explorer y XMM / Newton y la radiación de baja energía medida por otras naves espaciales y observatorios terrestres. A partir de estas mediciones, Domínguez y sus colegas fueron capaces de calcular los originales emitidos por los blazares, rayos gama brillantes no atenuados de diferentes energías.

RAYOS GAMMA

Los coautores comparan los cálculos del flujo de rayos gamma sin atenuación de distintas energías con mediciones directas de los telescopios especiales con base en tierra del flujo de rayos gamma real recibido en la Tierra de los mismos blazares. Cuando un rayo gamma de alta energía de un blazar golpea las moléculas de aire en las regiones superiores de la atmósfera de la Tierra se produce una cascada de partículas subatómicas cargadas.

Esta cascada de partículas viaja más rápido que la velocidad de la luz en el aire (que es más lenta que la velocidad de la luz en el vacío), lo que provoca una analógica visual a un "boom sónico": las explosiones de una luz especial llamada radiación Cherenkov. Esta radiación fue detectada por imágenes atmosféricas de los telescopios Cherenkov (IACTs) 'High Energy Stereoscopic System' (HESS), en Namibia, 'Major Atmospheric Gamma Images Cherenkov' (MAGIC) en las Islas Canarias, y 'Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array Systems' (VERITAS), en Arizona.

La comparación de los cálculos de los rayos gamma no atenuados a las mediciones reales de la atenuación de los rayos gamma y rayos X de blazares a diferentes distancias permitió a los investigadores cuantificar la evolución de la EBL, es decir, medir cómo cambia EBL con el paso del tiempo del Universo, cerca de hace unos 5.000 millones años (correspondiente a un desplazamiento al rojo de alrededor de z = 0,5).

"Hace 5.000 millones de años es la distancia máxima que podemos sondear con nuestra tecnología actual --dijo Domínguez--. Claro que hay blazares más lejos, pero no los podemos detectar porque los rayos gamma de alta energía que emiten son muy atenuados por la EBL, por lo que cuando llegan a nosotros son tan débiles que nuestros instrumentos no son lo suficientemente sensibles como para detectarlos".

HORIZONTE CÓSMICO

Esta medida es la primera detección estadísticamente significativa del llamado Horizonte Cósmico de Rayos Gama, que se define como la distancia a la que aproximadamente un tercio de los rayos gamma de una determinada energía es atenuada.

Este último resultado confirma que los tipos de galaxias observadas hoy son responsables de la mayor parte de la EBL de todos los tiempos. Por otra parte, establece límites a las posibles contribuciones de muchas galaxias muy débiles que se han incluido en los estudios de galaxias o sobre las posibles contribuciones de otras hipotéticas fuentes (como la desintegración de las partículas elementales desconocidas).

(EuropaPress)

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