La medición de LHAASO del brillo de la Nebulosa del Cangrejo logra un nuevo récord de rayos gamma UHE

Academia china de ciencias

El Gran Observatorio de Ducha de Aire a Gran Altitud (LHAASO), una de las principales instalaciones de infraestructura de ciencia y tecnología nacionales de China, ha medido el brillo con precisión por encima de 3,5 órdenes de magnitud de la vela estándar en astronomía de alta energía, calibrando así un nuevo estándar para Ultra-gamma fuentes de rayos de alta energía (UHE). La vela estándar es la famosa Nebulosa del Cangrejo, que se originó a partir de la “estrella invitada” registrada por los astrónomos imperiales de la dinastía Song china.

LHAASO también detectó un fotón con una energía de 1.1 PeV (1 PeV = un cuatrillón de electronvoltios), lo que indica un acelerador de electrones muy poderoso, aproximadamente una décima parte del tamaño del sistema solar, ubicado en la región central de la Nebulosa del Cangrejo. El acelerador puede energizar electrones a un nivel 20.000 veces mayor de lo que puede lograr el colisionador de gran electrón-positrón (LEP) del CERN, acercándose así al límite teórico absoluto impuesto por la electrodinámica clásica y la hidrodinámica perfecta.

Los resultados se publicarán en Ciencias El ocho de julio. La Colaboración Internacional LHAASO, que está dirigida por el Instituto de Física de Altas Energías (IHEP) de la Academia de Ciencias de China, completó este estudio.

La Nebulosa del Cangrejo está a 6.500 años luz de la Tierra. Nació en una brillante explosión de supernova en 1054. Es el primer remanente de supernova identificado por la astronomía moderna con un claro registro histórico. La nebulosa contiene un púlsar activo con una duración de 30 milisegundos. La magnetosfera de giro rápido del púlsar es impulsada por fuertes vientos formados por pares de electrones y positrones que se mueven casi a la velocidad de la luz. Los electrones / positrones en los vientos estelares se aceleran a energías más altas una vez que el viento se encuentra con el medio circundante. La nebulosa es producida por la radiación de electrones / positrones acelerados.

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La Nebulosa del Cangrejo es una de las pocas fuentes que se han medido en todas las bandas de energía, como radio, infrarrojos, ópticos, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Su espectro ha sido estudiado extensamente durante décadas por muchos observadores. Como fuente estable, brillante y de alta energía, la Nebulosa del Cangrejo es una vela estándar para muchos rangos de energía diferentes. En esta capacidad, sirve como referencia para medir otras fuentes.

LHAASO midió el espectro de la Nebulosa del Cangrejo en el extremo de mayor energía, cubriendo el amplio rango de 0,0005-1,1 PeV. Ha confirmado mediciones de las últimas décadas. También logró una medición precisa en el rango UHE (0.3-1.1 PeV) por primera vez, calibrando así el brillo de una vela estándar en un rango de potencia sin precedentes.

Entre las 12 fuentes de rayos gamma UHE descubiertas previamente por LHAASO, la Nebulosa del Cangrejo ha sido identificada como una de las dos fuentes capaces de emitir fotones PeV, y es la única con un análogo astrofísico definido. El fotón medido de 1,1 PeV proporciona evidencia directa de la aceleración de electrones de 2,3 PeV en la fuente. Esta energía es aproximadamente 20.000 veces la energía máxima que se puede lograr con el acelerador de electrones artificial más poderoso, LEP, el predecesor del Gran Colisionador de Hadrones. Dado que los electrones de alta energía sufren una pérdida de energía extrema en un campo magnético, el acelerador de la Nebulosa del Cangrejo debe funcionar de manera increíblemente eficiente para equilibrar la pérdida masiva de energía. Según la medición de LHAASO, la eficiencia de aceleración puede llegar al 15% del límite superior teórico, superando así la onda de explosión de supernova en un factor de 1000. Esto plantea desafíos al modelo estándar de aceleración de electrones en astrofísica de alta energía. Un análisis y una discusión en profundidad de este tema se detallan en el artículo actual en Science.

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LHAASO es una importante instalación nacional de infraestructura de ciencia y tecnología centrada en la observación y la investigación de rayos cósmicos. Se encuentra a una altitud de 4.410 metros sobre el nivel del mar en el monte. Haize se encuentra en el condado de Daocheng, provincia de Sichuan y cubre un área de aproximadamente 1,36 km.2. Consta de 5.195 detectores de partículas electromagnéticas y 1.188 detectores de muones ubicados en un complejo de un kilómetro cuadrado, es decir, 78.000 metros cuadrados.2 Matriz de detectores de agua Cherenkov, 18 telescopios Cherenkov con amplio campo de visión. Usando estas cuatro tecnologías, LHAASO podrá medir lluvias de rayos cósmicos o rayos gamma en todas las direcciones con múltiples variables simultáneamente.

La reconstrucción de la ducha puede medir la información básica sobre las partículas incidentes, como la dirección de llegada, el tipo y la energía. El descubrimiento recientemente publicado demuestra que LHAASO es capaz de examinar mediciones utilizando múltiples técnicas de detección, asegurando así resultados confiables y precisos. LHAASO se completará este mes y estará en funcionamiento. Con 1-2 fotones de aproximadamente 1 PeV de energía que se espera sean descubiertos en la Nebulosa del Cangrejo cada año, el misterio del acelerador cósmico de electrones PeV se resolverá en los próximos años.

La nebulosa del cangrejo del telescopio óptico escandinavo (Imagen de Walter Nowotny)

Registros históricos de la estrella invitada en 1054 (Imagen vía IHEP)

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