Nuevos hallazgos publicados esta semana en Cartas de revisión física sugiera que los rayos cósmicos de carbono, oxígeno e hidrógeno viajan a través de la galaxia hacia la Tierra de manera similar, pero, sorprendentemente, que el hierro llega a la Tierra de manera diferente. Aprender más sobre cómo los rayos cósmicos se mueven a través de la galaxia ayuda a abordar un problema fundamental y persistente.pregunta en astrofísica: ¿Cómo se genera y distribuye la materia en el universo?
"¿Qué significa este hallazgo?", Pregunta John Krizmanic, científico senior del Centro de Ciencia y Tecnología Espaciales CSST de la UMBC. "Estos son indicadores de que está sucediendo algo interesante.Tiene que ver."
Los rayos cósmicos son núcleos atómicos, átomos despojados de sus electrones, que se mueven constantemente a través del espacio a casi la velocidad de la luz. Entran en la atmósfera de la Tierra a energías extremadamente altas. La información sobre estos rayos cósmicos puede dar a los científicos pistas sobre dónde se encuentran.provienen de la galaxia y qué tipo de evento los generó.
Un instrumento en la Estación Espacial Internacional ISS llamado Telescopio Electrónico Calorimétrico CALET ha estado recopilando datos sobre los rayos cósmicos desde 2015. Los datos incluyen detalles como cuántos y qué tipos de átomos están llegando y cuánta energíacon los que están llegando. Los equipos estadounidenses, italianos y japoneses que administran CALET, incluidos Krizmanic de UMBC y Nick Cannady postdoctorado, colaboraron en la nueva investigación.
Hierro en movimiento
Los rayos cósmicos llegan a la Tierra desde otras partes de la galaxia en una amplia gama de energías, desde mil millones de voltios hasta 100 mil millones de mil millones de voltios. El instrumento CALET es uno de los pocos en el espacio que es capaz de ofrecer detalles finos sobre elrayos cósmicos que detecta. Un gráfico llamado espectro de rayos cósmicos muestra cuántos rayos cósmicos están llegando al detector en cada nivel de energía. Los espectros para los rayos cósmicos de carbono, oxígeno e hidrógeno son muy similares, pero el hallazgo clave del nuevo artículoes que el espectro del hierro es significativamente diferente.
Existen varias posibilidades para explicar las diferencias entre el hierro y los tres elementos más ligeros. Los rayos cósmicos podrían acelerar y viajar a través de la galaxia de manera diferente, aunque los científicos generalmente creen que entienden esto último, dice Krizmanic.
"Algo que debe enfatizarse es que la forma en que los elementos llegan de las fuentes a nosotros es diferente, pero puede ser que las fuentes también sean diferentes", agrega Michael Cherry, profesor emérito de física en la Universidad Estatal de Louisiana LSU y un coautor del nuevo artículo. Los científicos generalmente creen que los rayos cósmicos se originan en estrellas en explosión supernovas, pero las estrellas de neutrones o estrellas muy masivas podrían ser otras fuentes potenciales.
precisión del siguiente nivel
Un instrumento como CALET es importante para responder preguntas sobre cómo los rayos cósmicos se aceleran y viajan, y de dónde provienen. Los instrumentos en el suelo o los globos que volaban a gran altura en la atmósfera de la Tierra eran la principal fuente de datos de rayos cósmicos en el pasado. Pero porCuando los rayos cósmicos llegan a esos instrumentos, ya han interactuado con la atmósfera de la Tierra y se han descompuesto en partículas secundarias. Con los instrumentos basados en la Tierra, es casi imposible identificar con precisión cuántos rayos cósmicos primarios y qué elementos están llegando, además de sus energías.Pero CALET, al estar en la ISS por encima de la atmósfera, puede medir las partículas directamente y distinguir elementos individuales con precisión.
El hierro es un elemento particularmente útil para analizar, explica Cannady, un postdoctorado con CSST y ex estudiante de doctorado con Cherry en LSU. En su camino a la Tierra, los rayos cósmicos pueden descomponerse en partículas secundarias, y puede serEs difícil distinguir entre las partículas originales expulsadas de una fuente como una supernova y las partículas secundarias. Eso complica las deducciones sobre el origen de las partículas.
"A medida que las cosas interactúan en su camino hacia nosotros, entonces obtendrás esencialmente conversiones de un elemento a otro", dice Cannady. "El hierro es único, ya que es una de las cosas más pesadas que se pueden sintetizar en la evolución estelar regular., estamos bastante seguros de que son prácticamente todos los rayos cósmicos primarios. Es el único rayo cósmico primario puro, donde con otros tendrás algunos componentes secundarios que se alimentan de eso también ".
"Hecho de polvo de estrellas"
La medición de los rayos cósmicos brinda a los científicos una visión única de los procesos de alta energía que ocurren muy, muy lejos. Los rayos cósmicos que llegan a CALET representan "la materia de la que estamos hechos. Estamos hechos de polvo de estrellas", dice Cherry.fuentes, cosas como las supernovas, expulsan ese material de su interior, hacia la galaxia, donde se distribuye, forma nuevos planetas, sistemas solares y ... nosotros. "
"El estudio de los rayos cósmicos es el estudio de cómo el universo genera y distribuye la materia, y cómo eso afecta la evolución de la galaxia", agrega Krizmanic. "Así que realmente está estudiando la astrofísica de este motor que llamamos la Vía Láctea que eslanzando todos estos elementos ".
un esfuerzo global
La agencia espacial japonesa lanzó CALET y hoy lidera la misión en colaboración con los equipos de EE. UU. E Italia. En EE. UU., El equipo de CALET incluye investigadores de LSU; NASA Goddard Space Flight Center; UMBC; University of Maryland, College Park; Universityof Denver; y la Universidad de Washington. El nuevo artículo es el quinto de esta exitosa colaboración internacional publicada en PRL, una de las revistas de física más prestigiosas.
CALET se optimizó para detectar electrones de rayos cósmicos, porque su espectro puede contener información sobre sus fuentes. Eso es especialmente cierto para las fuentes que están relativamente cerca de la Tierra en términos galácticos: dentro de menos de una trigésima parte de la distancia a través de la Vía Láctea. PeroCALET también detecta los núcleos atómicos de los rayos cósmicos con mucha precisión. Ahora esos núcleos ofrecen información importante sobre las fuentes de los rayos cósmicos y cómo llegaron a la Tierra.
"No esperábamos que los núcleos carbono, oxígeno, protones, hierro realmente comenzaran a mostrar algunas de estas diferencias detalladas que apuntan claramente a cosas que no sabemos", dice Cherry.
El último hallazgo crea más preguntas de las que responde, enfatizando que todavía hay más que aprender sobre cómo se genera la materia y se mueve alrededor de la galaxia. "Esa es una pregunta fundamental: ¿Cómo se hace la materia?", Dice Krizmanic. Pero, élagrega: "Ese es el motivo por el que nos dedicamos a este negocio, para tratar de comprender más sobre cómo funciona el universo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland, condado de Baltimore . Original escrito por Sarah Hansen. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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