Año 22 Número 84 – Marzo 2024
Por Daniela Pérez
Un cisne atravesando el río de la Vía Láctea. Así los griegos imaginaron a una constelación de estrellas del hemisferio norte, Cygnus, que cruza el plano de la galaxia. De acuerdo a la mitología griega, el cisne era Zeus disfrazado acudiendo a una cita con Leda, una princesa etolia que se convertiría en reina de Esparta. El fruto de aquel encuentro habría sido Helena de Troya.
Hoy sabemos que el cisne cobija, en nuestra galaxia, cúmulos abiertos, nebulosas planetarias, remanentes de supernovas, exoplanetas, fuentes de rayos X y agujeros negros. En particular, Cygnus X es una región de abundante formación estelar; contiene un gran número de estrellas Wolf-Rayet, cientos de estrellas de tipo espectral O agrupadas en asociaciones OB y masivos complejos de gas atómico (HI) y molecular. La presencia de estrellas masivas, remanentes de supernovas y densas regiones de gas, hace de esta región una fuente eficiente de producción de rayos gamma. En efecto, Fermi-LAT detectó hace ya más de 10 años rayos gamma de alta energía provenientes de la asociación estelar Cygnus OB2 [1]. Allí mismo hay una fuente extendida, denominada en inglés Cygnus Cocoon, donde posteriormente se han detectado fotones en el rango de los TeV (1 TeV = 1012 eV) [2-3] y también hasta 1.4 PeV (1 PeV = 1015 eV) [4].
A finales de febrero, investigadores de LHASSO (Large High Altitude Air Shower Observatory) reportaron la detección de una enorme burbuja en rayos gamma en la dirección de Cygnus X en un rango de energía que se extiende hasta algunos PeV [5]. Se detectaron 8 fotones por encima de 1 PeV dispersos sobre toda la burbuja; ésto hace que sea improbable el origen leptónico de la radiación de ultra alta energía e indicaría la presencia de alguna fuente astrofísica acelerando protones a energías superiores a 10 PeV. Esta fuente sería el primer super PeVatron descubierto.
El núcleo de la región observada coincide espacialmente con la asociación estelar Cygnus OB2. La localización de esta asociación, así como su edad (apróximadamente 107 años), la velocidad de sus vientos estelares (alrededor de 3000 km/s) y la potencia mecánica colectiva (1039 erg/ s) hace de este objeto el principal candidato para explicar estas observaciones; Cygnus OB2, luego, actuaría como una fábrica de rayos cósmicos, inyectando protones en el medio circunestelar con energías de GeV hasta multi-PeV alimentando la burbuja de rayos gamma de ultra alta energía.
Cabe destacar que el Prof. Dr. Gustavo E. Romero, director del IAR, hace ya 20 años había predicho que rayos gamma de TeV y neutrinos podrían ser producidos por rayos cósmicos a través de interacciones hadrónicas en las partes más internas de los vientos de estrellas masivas O y B [5]. Para llegar a energías mucho más altas, estos rayos cósmicos serían re acelerados por el efecto colectivo de múltiples supernovas y los vientos de estrellas masivas jóvenes en super burbujas producidas por asociaciones de estrellas OB [6].
La observación de LHAASO también ha mostrado que el super acelerador de rayos cósmicos del interior a la burbuja aumenta significativamente la densidad de los mismos en el espacio interestelar circundante, superando con creces el nivel medio de rayos cósmicos en la Vía Láctea. La extensión espacial del exceso de densidad supera incluso el rango espacial observado de las burbujas. Esto proporciona una posible explicación para el exceso de emisión difusa de rayos gamma procedente del Plano Galáctico detectado previamente por LHAASO.
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Fig. 1: Imagen compuesta de Cygnus OB2: rayos X obtenidos por Chandra (emisión difusa roja y fuentes puntales azules); datos en el rango óptico del telescopio Isaac Newton (emisión difusa en azul); datos en el infrarrojo del telescopio espacial Spitzer (naranja). Créditos de la imagen: rayos X: NASA/CXC/SAO/J. Drake et al; H-alpha: Univ. of Hertfordshire/INT/IPHAS; Infrarrojo: NASA/JPL-Caltech/Spitzer. Fig. 2: LHAASO es un observatorio de rayos cósmicos y rayos gamma ubicado en Daocheng, China. El observatorio está a una altitud de 4410 metros y cubre un área de 145 hectáreas. Comenzó a operar en abril de 2019. Créditos de la imagen: IHEP/CAS
Referencias
[1] Ackermann, M. … et al. (2011). A cocoon of freshly accelerated cosmic rays detected by fermi in the cygnus superbubble, Science, 334, pp. 1103-1107.[2] Bartoli, B. …et al. (2014). Identification of the Tev gamma-ray source ARGO j2031+4157 with the Cygnus cocoon Astrophys J, 790, p. 152.
[3] Abeysekara, A. U. … et al. (2021). HAWC observations of the acceleration of very-high-energy cosmic rays in the Cygnus cocoon Nat Astron, 5, pp. 465-471.
[4] Cao, Z. … et al. (2021). Ultrahigh-energy photons up to 1.4 petaelectronvolts from 12 gamma-ray Galactic sources Nature, 594, pp. 33-36.
[5] LHAASO Collaboration. (2024). An ultrahigh-energy γ-ray bubble powered by a super PeVatron, Science Bulletin, Volume 69, Issue 4.
[6] Torres, D. F., Domingo-Santamaría, E. & Romero, G. E. (2004). High-Energy Gamma Rays from Stellar Associations The Astrophysical Journal, Volume 601, Issue 1, pp. L75-L78.
[7] Bykov, A. M. (2014). Nonthermal particles and photons in starburst regions and superbubbles. The Astronomy and Astrophysics Review, Volume 22, article id.77, pp. 54.