Una nueva teoría sugiere que las fusiones de estrellas producen las partículas más energéticas del cosmos
Los rayos cósmicos de energía ultraalta son las partículas más poderosas del universo, pero su origen ha sido un misterio durante más de 60 años. Ahora, una nueva teoría sugiere que nacen en las fusiones de estrellas de neutrones, y aporta pistas clave para entender los eventos más extremos del cosmos.
Por Enrique Coperías
Un estudio de Glennys Farrar (NYU) sugiere que la fusión de estrellas de neutrones es clave para entender los eventos más cataclísmicos del universo. En la imagen, dos estrellas están a punto de colisionar. Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA.
Los rayos cósmicos de energía ultraalta (UHECR, por sus siglas en inglés) son las partículas más energéticas del universo, con niveles de energía que superan en más de un millón de veces cualquier acelerador construido por el ser humano. A pesar de que su existencia se conoce desde hace más de sesenta años, los científicos aún no han logrado determinar con precisión cuál es su origen, o sea, de dónde proceden.
Sin embargo, una nueva teoría propuesta por la física de la Universidad de Nueva York, Glennys Farrar, ofrece una explicación innovadora y verificable sobre cómo se generan los UHECR.
«Tras seis décadas de investigación, es posible que finalmente hayamos identificado la fuente de estas partículas de alta energía —afirma Farrar, catedrático de Física y profesor en la Universidad de Nueva York. Y añade—: Este descubrimiento representa una herramienta clave para comprender algunos de los eventos más cataclísmicos del universo, como la fusión de dos estrellas de neutrones que dan origen a un agujero negro».
En palabras de esta física especializa en física de partículas, cosmología y el estudio de la materia oscura, «este proceso es responsable de la formación de muchos elementos raros y valiosos, como el oro, el platino, el uranio, el yodo y el xenón».
La relación entre los UHECR y las fusiones de estrellas de neutrones
El estudio, publicado en la prestigiosa revista Physical Review Letters, propone que los rayos cósmicos de energía ultraalta son acelerados por los intensos campos magnéticos generados en la fusión de estrellas binarias de neutrones. Estas son un sistema de dos estrellas de neutrones que orbitan alrededor de un centro de masa común. Estas estrellas son los núcleos colapsados de estrellas masivas que explotaron como supernovas.
Con el tiempo, su órbita se reduce debido a la emisión de ondas gravitacionales, hasta que finalmente colisionan en un evento extremadamente energético, que puede dar lugar a un agujero negro y generar elementos pesados como el oro y el platino.
Ahora bien, antes de que se forme el agujero negro final, los UHECR son expulsados en un violento proceso que también genera ondas gravitacionales. Algunas de estas ondas ya han sido detectadas por los equipos científicos de los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo, antenas - interferómetros láser- terrestres, situados en los Estados Unidos y en el Observatorio Gravitacional Europeo de Italia, respectivamente.
Simulación de la fusión de estrellas de neutrones, donde la colisión amplifica los campos magnéticos y genera un agujero negro en menos de 8 milisegundos. Este proceso puede alimentar estallidos de rayos gamma. Crédito: NASA/AEI/ZIB/M. Koppitz y L. Rezzolla.
Validación experimental y futuras investigaciones
Por primera vez, la teoría de Farrar explica dos de las propiedades más enigmáticas de los UHECR: la estrecha relación entre la energía de los rayos cósmicos y su carga eléctrica; y la existencia de eventos con energías extremadamente altas, cuya causa hasta ahora no se comprendía completamente.
A partir del análisis de Farrar, se desprenden dos predicciones que podrían ser verificadas en futuros experimentos:
✅ UHECR de energía extrema se originan a partir de elementos raros del proceso r, como el xenón y el telurio, lo que sugiere que estos elementos deberían aparecer en los datos recopilados sobre rayos cósmicos.
✅ Los neutrinos de energía ultraalta, generados en colisiones de UHECR, deben ir acompañados por la onda gravitacional resultante de la fusión de la estrella de neutrones progenitora.
Este avance abre una nueva puerta a la comprensión de los fenómenos astrofísicos extremos, y, sin lugar a dudas, nos acerca a desentrañar los misterios de los rayos cósmicos más energéticos del universo.▪️
Información facilitada por la Universidad de Nueva York
Fuente: Glennys R. Farrar. Binary Neutron Star Mergers as the Source of the Highest Energy Cosmic Rays. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.081003
