El Telescopio William Herschel, clave para probar los orígenes de los rayos cósmicos

En noviembre de 1572, la explosión de una supernova se observó en la dirección de la constelación de Casiopea. Su observador más famoso fue Tycho Brahe, uno de los fundadores de la astronomía observacional moderna. La explosión produjo una nube de gas supercaliente en expansión, un remanente de supernova, que fue redescubierta en 1952 por radioastrónomos británicos. El descubrimiento fue confirmado con fotografías tomadas desde el Observatorio de Monte Palomar, en California, en los años 60. El observatorio espacial Chandra de la NASA obtuvo en 2002 una imagen espectacular de ella en rayos X (véase imagen). Los astrónomos usan los restos de las supernovas para explorar la física de altas energías en el espacio interestelar.

En un artículo publicado en la revista internacional The Astrophysical Journal, un equipo de siete países, que incluye a investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), ha observado el resto de la supernova de Tycho con GHaFaS, un sofisticado instrumento del IAC, instalado en el telescopio William Herschel (WHT), de 4,2 m, del Grupo de Telescopios Isaac Newton, en el Observatorio del Roque de los Muchachos.

La finalidad de su investigación era explorar la hipótesis de que los rayos cósmicos, partículas subatómicas de alta energía que bombardean continuamente la atmósfera exterior de la Tierra, tienen sus orígenes en esas nubes altamente energéticas de gas. GHaFaS permite a los astrónomos observar la emisión de hidrógeno ionizado sobre campos grandes, produciendo un mapa en gran detalle de la estructura de la velocidad dentro de la nube.

Los investigadores cartografiaron una parte importante de la nube de Tycho, que incluye un filamento brillante prominente, y comprobaron que la línea de hidrógeno emitido por el filamento muestra una dispersión en las velocidades del gas mucho mayor que lo explicable por su temperatura. De hecho, midieron dos componentes de velocidad en la nube, una con alta dispersión y la otra con una dispersión incluso más alta. Demostraron que la nube produce emisión de estas características solo si hay presente un mecanismo dentro de la nube que genere partículas de alta energía.

Aunque los restos de las supernovas se han considerado durante mucho tiempo una fuente probable de los rayos cósmicos que “llueven” sobre el exterior de la atmósfera terrestre, esta es la primera vez que se ha encontrado una evidencia innegable de un mecanismo que causa su aceleración. Los rayos cósmicos tienen energías mucho más altas que las producidas incluso en los aceleradores de partículas más potentes aquí en la Tierra (como el CERN) y su estudio es importante no solamente en la Astrofísica sino también en la Física de Partículas.

“Estos resultados no se podían haber obtenido por ninguno de los otros espectrógrafos de los grandes telescopios del mundo”, explica Joan Font, investigador del IAC, uno de los autores del artículo y el responsable de la operación de GHaFaS. “Nuestro instrumento tiene una combinación única de alta resolución en velocidad, un campo grande, y buena resolución en ángulo; esta combinación resulta necesaria para el proyecto de Tycho”. “Las observaciones actuales son un paso inicial hacia un entendimiento más completo de los mecanismos de aceleración en los restos de las supernovas” – comenta John Beckman, coautor del artículo e investigador del IAC, y añade: “podremos combinar estos resultados con observaciones ya obtenidas usando el instrumento OSIRIS en el Gran Telescopio CANARIAS (GTC), de 10,4 m, para determinar la eficiencia de la aceleración de los rayos cósmicos”.

Artículo: “Balmer filaments in Tycho’s supernova remnant: an interplay between cosmic-ray and broad-neutral precursors”. Sladjana Knežević et al 2017 ApJ 846 167

https://doi.org/10.3847/1538-4357/aa8323