Las fusiones de estrellas, origen de las partículas más energéticas

Una nueva teoría proporciona una explicación viable y comprobable de cómo los rayos cósmicos de energía ultraalta pueden tener su origen en las fusiones de estrellas.

Los rayos cósmicos de energía ultraalta (UHECR por sus siglas en inglés) son las partículas de mayor energía del universo, cuyas energías son más de un millón de veces superiores a las que pueden alcanzar los seres humanos. Pero, aunque la existencia de los rayos cósmicos de energía ultraalta se conoce desde hace 60 años, los investigadores no han logrado formular una explicación satisfactoria de su origen que explique todas las observaciones.

"Después de seis décadas de esfuerzo, es posible que finalmente se haya identificado el origen de las misteriosas partículas de mayor energía del universo", dice en un comunicado la profesora de Física de la Universidad de Nueva York Glennys Farrar, que ha presentado la nueva teoría en la revista Physical Review Letters. “Este descubrimiento nos proporciona una nueva herramienta para comprender los eventos más cataclísmicos del universo: la fusión de dos estrellas de neutrones para formar un agujero negro, que es el proceso responsable de la creación de muchos elementos preciosos o exóticos, incluidos el oro, el platino, el uranio, el yodo y el xenón”.

El trabajo propone que las UHECR se aceleran en los turbulentos flujos magnéticos de las fusiones de estrellas de neutrones binarias (arrojados desde el remanente de la fusión, antes de la formación del agujero negro final). El proceso genera simultáneamente poderosas ondas gravitacionales, algunas de las cuales ya han sido detectadas por los científicos de la colaboración LIGO-Virgo.

La propuesta de Farrar explica, por primera vez, dos de las características más misteriosas de las UHECR: la estrecha correlación entre la energía de una UHECR y su carga eléctrica y la energía extraordinaria de un puñado de los eventos de energía más alta.

Del análisis de Farrar se desprenden dos consecuencias que pueden proporcionar una validación experimental en trabajos futuros: en primer lugar, los UHECR de energía más alta se originan como elementos raros del “proceso r”, como el xenón y el telurio, lo que motiva la búsqueda de un componente de ese tipo en los datos de UHECR. En segundo lugar, los neutrinos de energía extremadamente alta, que se originan a partir de colisiones de UHECR, están necesariamente acompañados por la onda gravitacional producida en la fusión de la estrella de neutrones madre.