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Un acelerador cósmico de partículas alcanza límites teóricos

Observaciones en rayos gamma muestran por primera vez el curso de un proceso de aceleración en un proceso estelar llamado nova, que comprende poderosas erupciones en la superficie de una enana blanca.

Una nova crea una onda de choque que atraviesa el medio circundante, arrastrando partículas y acelerándolas a energías extremas.

Sorprendentemente, la nova «RS Ophiuchi» –analizada en un nuevo estudio por el observatorio HESS en Namibia con la auida de telescopios espaciales– parece hacer que las partículas se aceleren a velocidades que alcanzan el límite teórico, correspondiente a las condiciones ideales. La investigación ha sido publicada en la revista Science.

Las enanas blancas son viejas estrellas quemadas que colapsaron sobre sí mismas y se convirtieron en objetos extremadamente compactos. Los eventos de nova ocurren, por ejemplo, cuando una enana blanca está en un sistema binario con una estrella grande, y la enana blanca recolecta material de su compañera más masiva debido a su gravedad. Una vez que el material reunido supera un nivel crítico, provoca una explosión termonuclear en la superficie de la enana blanca. Se sabe que algunas novas se repiten.

RS Ophiuchi es una de estas novas recurrentes; hay una explosión en su superficie cada 15 a 20 años. «Las estrellas que forman el sistema están aproximadamente a la misma distancia entre sí que la Tierra y el Sol», explica en un comunicado Alison Mitchell, investigadora de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg e investigadora principal del programa HESS Nova. «Cuando la nova explotó en agosto de 2021, los telescopios HESS nos permitieron observar una explosión galáctica en rayos gamma de muy alta energía por primera vez», continúa.

El grupo de investigación observó que las partículas se aceleraron a energías varios cientos de veces más altas que las observadas previamente en las novas. Además, la energía liberada como resultado de la explosión se transformó de manera extremadamente eficiente en protones acelerados y núcleos pesados, de modo que la aceleración de las partículas alcanzó las velocidades máximas calculadas en modelos teóricos.

Según Ruslan Konno, uno de los autores principales del estudio y candidato a doctorado en DESY en Zeuthen, «la observación de que el límite teórico para la aceleración de partículas en realidad se puede alcanzar en ondas de choque cósmicas genuinas tiene enormes implicaciones para la astrofísica. Sugiere que el proceso de aceleración podría ser igual de eficiente en sus parientes mucho más extremos, las supernovas».

Durante la erupción de RS Ophiuchi, los investigadores pudieron por primera vez seguir el desarrollo de la nova en tiempo real, lo que les permitió observar y estudiar la aceleración de partículas cósmicas como si estuvieran viendo una película. Los investigadores pudieron medir los rayos gamma de alta energía hasta un mes después de la explosión.