El microcuásar GRS 1915+105: un inesperado acelerador de rayos cósmicos que desafía nuestras creencias
Científicos descubren que el microcuásar GRS 1915+105, con una estrella de baja masa a su lado, es capaz de acelerar partículas a energías sorprendentes, todo un reto para las teorías previas sobre los rayos cósmicos.
Por Enrique Coperías
En un sistema binario compuesto por una estrella y un agujero negro, ambos cuerpos giran el uno alrededor del otro debido a la fuerza gravitatoria que ejercen entre sí. Cuando están muy cerca, la intensa gravedad del agujero negro comienza a atraer y capturar parte de la masa de la estrella, lo que provoca que la materia de la estrella se desplace hacia el agujero negro. Cortesía: Science Communication Lab for MPIK/H.E.S.S.
La Tierra es bombardeada constantemente por partículas provenientes del espacio exterior. Aunque estamos familiarizados con los meteoritos rocosos de nuestro sistema solar, que generan estrellas fugaces en el cielo nocturno, son las partículas más pequeñas las que permiten a los científicos desvelar los misterios del universo.
Electrones y protones, viajando a velocidades extremas desde el espacio interestelar y más allá, constituyen los rayos cósmicos. Estas partículas subatómicas, algunas de las más rápidas conocidas, son claves para entender los fenómenos astrofísicos más complejos, desde la estructura del espacio-tiempo hasta las fuerzas que gobiernan las estrellas y los agujeros negros.
El origen y los mecanismos de la aceleración de las partículas más energéticas siguen siendo uno de los mayores enigmas de la astrofísica. Los chorros de materia a alta velocidad expulsados por los agujeros negros podrían ser responsables de esta aceleración, pero los detalles sobre cómo ocurre este proceso aún no están completamente claros.
Un agujero negro más una estrella
Los microcuásares, sistemas binarios formados por un agujero negro y una estrella compañera, producen algunos de los chorros más poderosos en nuestra galaxia. La interacción entre el agujero negro y la estrella genera un fenómeno energético fascinante: el agujero negro devora la materia de la estrella, lo que provoca la expulsión de chorros de plasma a velocidades cercanas a la de la luz.
Recientemente, se ha amasado una creciente evidencia de que estos microcuásares podrían ser aceleradores eficientes de partículas. Sin embargo, no se sabe con certeza cuánto contribuyen al total de los rayos cósmicos en la Vía Láctea. La respuesta a esta cuestión depende de entender si todos los microcuásares tienen la capacidad de acelerar partículas o si solo unos pocos sistemas excepcionales lo hacen.
Los microcuásares se clasifican en función de la masa de la estrella del sistema. Los hay de baja masa, que son los más abundantes, y de alta masa. Hasta hace poco, los indicios de aceleración de partículas solo se habían encontrado en los sistemas de alta masa. Un ejemplo es el microcuásar SS 433, en la constelación de Aquila, que se ha revelado como uno de los aceleradores de partículas más potentes de nuestra galaxia.
Este sistema binario contiene una estrella cuya masa es aproximadamente diez veces superior a la del Sol. Por lo tanto, se pensaba que los microcuásares de baja masa no eran lo suficientemente poderosos como para generar rayos gamma.
SS433 es uno de los sistemas estelares más exóticos conocidos por los astrónomos. Cortesía: NASA
Un desafiante microcuásar de baja energía
Sin embargo, un reciente estudio realizado por Laura Olivera-Nieto y eGuillem Martí-Devesa ha cuestionado esta creencia. Utilizando datos recopilados durante dieciséis años por el telescopio Fermi de la NASA, los investigadores detectaron una débil señal de rayos gamma asociada al microcuásar GRS 1915+105, un sistema de baja masa situado a unos 40.000 años luz, en la constelación de Aquila.
Este microcuásar, descubierto el 15 de agosto de 1992 por la sonda soviética Granat, contiene una estrella cuya masa es significativamente menor que la del Sol, lo que desafía la noción de que los sistemas de baja masa no son capaces de generar aceleración de partículas a energías altas.
La señal detectada muestra energías superiores a 10 GeV, lo que sugiere que el sistema podría estar acelerando partículas a energías aún mayores.
Protones acelerados que chocan con el gas
Las observaciones apuntan a que los protones acelerados en los chorros del microcuásar pueden interactuar con el gas cercano, produciendo fotones de rayos gamma. Este proceso es conocido como interacción hadrónica, donde los protones acelerados en los jets chocan con el gas circundante y generan rayos gamma como resultado de esas colisiones.
Este hallazgo tiene profundas implicaciones para el estudio de los microcuásares, ya que podría implicar que los sistemas de baja masa también juegan un papel significativo en la producción de rayos cósmicos dentro de nuestra galaxia.
Además de los datos del telescopio Fermi, los investigadores utilizaron información del radiotelescopio Nobeyama, en Japón, que confirmó que hay suficiente gas en el entorno cercano a GRS 1915+105 para que este proceso sea posible. Esta corroboración refuerza la idea de que incluso los microcuásares de baja masa pueden actuar como aceleradores de partículas, lo que desafía las creencias anteriores que los relegaban a un papel menor en este fenómeno.
Un mayor conocimiento de los rayos cósmicos
Es importante destacar que este descubrimiento tiene implicaciones significativas para nuestra comprensión de cómo se generan los rayos cósmicos en la galaxia. Hasta ahora, se pensaba que solo los microcuásares de alta masa, como el SS 433, podían ser responsables de la aceleración de partículas.
Este nuevo hallazgo sugiere que los microcuásares de baja masa podrían estar contribuyendo de manera más significativa a la población de rayos cósmicos de la galaxia de lo que se pensaba. Olivera-Nieto y Martí-Devesa están convencidos de que este hallazgo podría cambiar la forma en que los científicos estiman la contribución de los microcuásares al contenido de rayos cósmicos en nuestra galaxia.
Para comprender mejor cómo estos microcuásares aceleran partículas, los investigadores sugieren que se necesitan más observaciones y estudios multilongitud de onda. Estos trabajos permitirán desentrañar por qué algunos microcuásares son más eficientes que otros a la hora de acelerar partículas, y qué factores específicos determinan su capacidad para generar rayos gamma.▪️
Información facilitada por el Max Planck Institute for Nuclear Physics
Fuente: Guillem Martí-Devesa and Laura Olivera-Nieto. Persistent GeV Counterpart to the Microquasar GRS 1915+105. The Astrophysical Journal Letters (2025). DOI: 10.3847/2041-8213/ada14f
