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Neutrinos de XT 0506+056 (y no es la primera vez).

Convivimos en el Universo con objetos exóticos y muy activos, y de vez en cuando tenemos noticias de ellos.
No sólo nos llega una piedra del espacio cada tanto. Otras veces nos llegan partículas atómicas; rayos cósmicos originados en diferentes eventos. Hace poco recibimos rayos de este tipo desde la activa estrella zombie eta Car (pdp, 04/jul./2018, Rayos cósmicos desde Eta Car., https://paolera.wordpress.com/2018/07/04/rayos-cosmicos-desde-eta-car/).

Los neutrinos son partículas que se originan en cierta actividad del núcleo atómico.
Primero fueron teorizados como partículas de muy pequeña masa por lo que su interacción gravitatoria con otras partículas es muy baja y sin carga eléctrica, por lo que no tiene interacción de ese tipo con otras partículas. Así, costó detectarlas, pero al fin se logró con detectores de neutrinos.
Estos instrumentos consisten en grandes masas capaces de reaccionar cuando un neutrino las impacta. Esto sucede en el telescopio de neutrinos IceCube en la Antártida (https://es.wikipedia.org/wiki/IceCube) que consiste en detectar el impacto de neutrinos en una masa de 1 Km3. de hielo.

Los neutrinos suelen provenir del Sol, originados en los violentos procesos energéticos que se dan en Él, y también las explosiones de estrellas de tipo supernovas. Pero se han detectado neutrinos más energéticos que los de origen Solar, éstos eran unas 300 millones de veces más energéticos, superando incluso los provenientes de supernovas.
Como interactúan muy poco con la materia, no habrían sufrido grandes cambios en su trayectoria hasta Casa; luego, fue posible aproximar la posición de su fuente. En la dirección más probable de donde pudieron provenir, se encuentra el blasar TXS 0506+056.

Un blazar es un núcleo galáctico activo potenciado por un agujero negro central supermasivo. Este agujero negro absorbe materia y en ese proceso, ésta se recalienta por autofricción y emite grandes cantidades de energía desde las vecindades del agujero negro. A su vez, éste emite jets bipolares (en la dirección de sus polos) de materia a alta temperatura y grandes energías. O sea que es como un cuasar pero con el chorro de materia hacia el observador (https://es.wikipedia.org/wiki/Blazar).

Ilustración de un  blasar – crédito de DESY, Science Communication Lab

Para la época en la que se recibió esos neutrinos muy energéticos (unos días después), se detectó una fulguración en rayos gamma (brote de energía de alta frecuencia) proveniente del mismo blazar.
Esto confirma el origen de estos neutrinos. Se habrían producido en el blasar TX 0506+056. Es más; revisando los archivos de datos, a fines del 2014 y principios del 2015, hubo detecciones de este tipo de neutrinos y rayos gamma desde el mismo blasar. Pero en aquellos años el sistema de alerta en tiempo real del IceCube no funcionaba completamente por lo que la correlación entre los eventos no se hizo como hoy en día.
Esto no sólo nos enseña más de los neutrinos y sus orígenes, sino que también podemos obtener nueva información de sus fuentes. Por ejemplo, en este caso, podemos decir que el blasar XT 0506+056 está consumiendo materia más rápido últimamente.

Referencia:

Fuente:

pdp.

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Arcos de choque como fuentes de rayos gamma.

En el cielo hay fuentes de alta energía, rayos X y gamma, de origen aún incierto.
Algunas fueron relacionadas con remanentes de supernovas (restos de una estrella masiva que explotó), pulsares (https://es.wikipedia.org/wiki/P%C3%Balsar), estrellas binarias compactas y otros objetos exóticos. Pero algunas fuentes no fueron satisfactoriamente explicadas.

Hay estrellas de alta velocidad o fugitivas (runaway stars). Éstas pueden darse como una compañera de una binaria que fue “soltada” al destruirse su compañera en un final cataclíptico como el de supernova. También pueden aparecer como estrellas que se vieron aceleradas en un encuentro dinámico con otra.
Como sea, cuando este tipo de estrellas se mueve en un medio interestelar, producen lo que se llama arco de choque. A su paso va comprimiendo la materia que tiene delante con su radiación (o viento estelar) y parte de ella de desplaza hacia los costados (https://es.wikipedia.org/wiki/Arco_de_choque).

File:Heliosheath.JPG

Arco de choque en la nebulosa de Orion – crédito: NASA

En las regiones de un arco de choque, la materia tiende a comprimirse y a ionizarse por la acción del viento estelar. Si la estrella es una fugitiva masiva y vigorosa, la situación se torna más excitante. Las partículas resultantes de la ionización del medio interestelar involucrado en el arco de choque, sienten el campo magnético de la estrella y sufren la brusca acción de la aceleración producida por las fuerzas magnéticas. Eso las hace irradiar en energías de altas frecuencias, como las que se detectan en rayos gamma.
Esto puede ser el origen de las fuentes de rayos gamma catalogadas como 3FLG J2210.1+5925 y 3FGL J1128.7-6232. Dentro de las regiones donde se encontraría la fuente de esos rayos gamma hay estrellas masivas de alta velocidad produciendo arcos de choque con material interestelar. Una es la estrella Lambda Cephei, una figitiva supergigante azul de gran luminosidad (https://es.wikipedia.org/wiki/Lambda_Cephei). La otra es la estrella LS 2355, otra masiva de alta velocidad.

arcoChoqueGamma

Imagen publicada en el trabajo de E. Sanchez-Ayaso et al.

En la imagen se señala con una elipse amarilla a la región dentro de la cual puede estar la fuente de 3FGL J1128.7. Puede apreciarse que dentro de esa región se encunetra el arco de choque de la estrella de alta velocidad LS 2355.

Fuente:

  • arXiv:1806.00614v1 [astro-ph.HE] 2 Jun 2018, Possible association of two stellar bowshocks with unidentified Fermi sources, E. Sanchez-Ayaso et al.
    https://arxiv.org/pdf/1806.00614.pdf

pdp.

Los rayos atmosféricos como aceleradores de partículas.

Los relámpagos y rayos atmosféricos, son grandes descargas eléctricas que aún permanecen en estudio.

lightning

Imagen crédito: Shutterstock.

Las descargas a tierra podrían estar disparadas por rayos cósmicos, ya que la nube no está tan cerca del suelo para producirla por cercanía como sucede entre nubes (pdp, 18/ago./2013, Los rayos cósmicos como disaparadores…, https://paolera.wordpress.com/2013/08/18/los-rayos-cosmicos-como-disparadores-de-los-rayos-en-tormentas-electricas/).
En esas grandes descargas, hay un gran flujo de electrones a gran velocidad, casi la de la luz. Cuando impactan con los átomos de la atmósfera, se producen eventos como los que se dan en un acelerador de partículas; de hecho, en él chocan partículas a gran velocidad.

Cuando un electrón impacta el núcleo de un átomo, es capaz de arrancarle un neutrón. Así el átomo se convierte es un isótopo (https://es.wikipedia.org/wiki/Is%C3%B3topo) y puede quedar en un estado inestable. En estas condiciones, emite radiación (y otras partículas) para decaer a una configuración más estable. Luego, los rayos pueden generar radiactividad por breves lapsos de tiempo en la atmósfera.

También, un electrón puede penetrar un átomo, excitarlo y éste emite un pulsos de energía de alta frecuencia conocidos como rayos gamma.
Como la masa es una forma en que se manifiesta la energía, de ella se pueden generar partículas idénticas pero de carga opuesta; o sea partículas y antipartículas, eso es materia y antimateria. En particular, a partir de rayos gamma, pueden aparecer electrones y positrones. Estos positrones pueden encontrarse con electrones, aniquilarse y generar más rayos gamma.
Luego, los rayos pueden generar antimateria.

De todo esto hay evidencias, por lo que los rayos atmosféricos durante una tormenta eléctrica se comportan como aceleradores de partículas.

 

Referencia:

Fuente:

pdp.

Brotes de rayos gamma asociados con supernovas de tipo Ic.

Ilustración de supernova publicada en http://www.howitworksdaily.com/

Entre los eventos de gran emisión de energía, se encuentran las hipernovas; eventos más violentos que las supernovas. En particular, hay un tipo de hipernova relacionada con brotes de rayos gamma de larga duración.

agujero negro binario

Ondas gravitacionales producidas por binarias colapsadas. Ilustración publicada en http://labrujulaorienta.com

Según el modelo más explicativo, se trata de una apretada binaria formada por una estrella de neutrones (EN), (núcleo expuesto y colapsado de una estrella destruida por evento de supernova) y una masiva estrella evolucionada con un núcleo de Carbono – Oxígeno (CO).
Cuando la estrella CO colapsa bruscamente, detona en un evento de supernova de grandes proporciones. Debido a la cercanía con su compañera, la EN absorbe gran cantidad de la materia expulsada. Esa materia cae autofriccionando calentándose y generando grandes emisiones de energía en rayos gamma. La EN incrementa su masa, aumenta su autogravitación y se transforma en un agujero negro (AN). La CO, queda como una EN.
Así nace una binaria entre un AN y una EN, ya que la cercanía permite que queden gravitacionalmente relacionadas pese a la pérdida de masa. Más aún; una asimetría en la eyección de materia podría generar un impulso o “patada de retroceso” en la nueva EN. En este caso, el par no se desarma y una arrastra a la otra.
Dada lo cercanía entre ambas, no sólo se orbiten rápidamente, sino que es probable que terminen colapsando, por lo que este tipo de binarias son candidatas a generar ondas gravitacionales detectables.

A este proceso se lo conoce como Binary-driven Hipernovae, algo así como hipernova conducida entre binarias.

Referencia:

Fuentes:

pdp.

LS 5039 es la contrapartida del brote gamma GRO J1823.

Hay estrellas binarias[1] donde una componente le entrega masa a la otra. Esa materia va cayendo en la destinataria en forma arremolinada, autofricciona, se recalienta y emite energía en todo el espectro electromagnético[2]. En algunos casos el pico de energía de observa en rayos X (binarias en rayos X) y otras veces en rayos gamma (binarias en rayos gamma). Este tipo de objetos pueden presentar chorros de materia desde la estrella receptora de masa.

Entre Abril del ’99 y Junio del 2000, se detectaron muchos estallidos (o brotes) de rayos gamma, entre ellos se destacó el no identificado (hasta el momento) catalogado como GRO J1823-12.
400px-Ss433_art_bigSu posición es consistente con una binaria en rayos gamma de gran masa catalogada como LS 5039 a 10 mil años luz de casa en latitudes sureñas de la Vía Láctea.
Esta binaria es una conocida fuente de rayos gamma, donde la emisión está modulada por la rotación de las componentes con un período de casi 4 días.
La emisión en rayos gamma entra en fase y contrafase con la emisión en rayos X en posiciones opuestas en las órbitas relativas. El máximo de radiación gamma, se observa en la configuración conocida como conjunción inferior[3], cuando la de menor masas está entre nosotros y su compañera.
LS 5039, muestra evidencias de chorros de materia observados en Radio[4], así, esta binaria de gran masa es un microcuásar[5].

Todo indica entonces que el microcuásar LS 5039 es la contrapartida (objeto relacionado) del brote de rayos gamma observada GRO J15039-12, el cual seguramente se debió a un brusco y temporal aumento de materia (un enorme grumo) caída en la estrella receptora.


Referencias:

  1. http://es.wikipedia.org/wiki/Estrella_binaria
  2. http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico
  3. http://es.wikipedia.org/wiki/Conjunci%C3%B3n_inferior
  4. http://es.wikipedia.org/wiki/Radioastronom%C3%ADa
  5. http://es.wikipedia.org/wiki/Microquasar

Fuentes:

pdp.

Supernovas que despistan, el caso de SN 2009bb y SN 2012ap.

Los brotes o estallidos de rayos gamma [1], son grandes liberaciones de energía relacionadas con flujo de materia a alta velocidad, conocidas como eyecciones relativísticas.
Por ejemplo, cuando los chorros de materia relativística emitidos por un agujero negro interaccionan con material a menor velocidad, el frenado por fricción genera alta temperatura y disipación de energía en rayos gamma en la dirección de la visual (hacia el observador si los chorros de materia están hacia él).

En un evento se supernova, el material que se eyecta fricciona con material circumestelar previamente liberado por la progenitora, se calienta y se frena mientras emite en rayos gamma. Este brote suele durar poco, del orden de un día, ya que las supernovas no eyectan materia a altas velocidades y ésta se frena pronto. Pero en supernovas de tipo Ic/b (las más poderosas) con flujos pesados de materia, presentan brotes de rayos gamma más prolongados con eyecciones que suelen expandirse durante siglos.

La primera sorpresa la dio la SN 2009bb. Una supernova con eyección de materia relativística sin brote de rayos gamma.
La segunda la dio SN 2012ap. Una supernova con una eyección no relativística de rápido frenado sin brotes o emisión en rayos gamma.
Todo indica que este tipo de supernova puede presentar eyecciones de altísimas velocidades y también de bajas velocidades  y pronto frenado; ambos casos sin emisión de rayos gamma.
¿Será que los rayos gamma no se detectan por emitirse en una dirección preferencial distinta que hacia nosotros?

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Referencia:

  1. http://es.wikipedia.org/wiki/Brote_de_rayos_gamma

Fuente:

  • A Missing-Link in the Supernova-GRB Connection: The Case of SN 2012ap – http://arxiv.org/abs/1402.6336

pdp.

Los Rayos Cósmicos de Ultra Alta Energía y los Estallidos de Rayos Gamma.

Los estallidos de rayos gamma (ERG) [1], son bruscas liberaciones de muy alta energía. Están relacionados con eventos catastróficos estelares. Los de mayor energía, se estarían originando dentro de chorros de materia. En ellos, las partículas eyectadas pueden chocar y producir ERG.

cosmic_raysLos rayos cósmicos (RC) [2],  son partículas atómicas que llegan del espacio y chocan en nuestra atmósfera produciendo lluvias de partículas como reacción en cadena al romper átomos en la atmósfera. Algo como el efecto sobre una mesa de billar, donde una bola choca contra otras y esas van desparramando a las demás. Los RC están dados por protones (cargas positivas que viven en el núcleo de los átomos).
Los RC de ultra alta energía (RCUAE), tendrían un origen más violento que los “tranquilos” RC.

Se piensa que los ERG generados en colisiones de chorros de materia, serían los generadores de RCUAE. En el chorro de materia, el choque de partículas a altas velocidades, sería capaz de crear los brotes o ERG. Esta energía sí liberada, podría acelerar protones convirtiéndolos en los RCUAE observados. Más aún, en este proceso se dan las condiciones para la aparición de neutrinos, los mismos que fueron predichos como originados por ERG y que serían los detectados por el experimento IceCube [3].

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Referencias:

  1. http://es.wikipedia.org/wiki/Brote_de_rayos_gamma
  2. http://visitantes.auger.org.ar/index.php/los-rayos-cosmicos.html
  3. http://es.wikipedia.org/wiki/IceCube

Fuentes:

pdp.