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Fermi capta tormentas que lanzan antimateria al espacio

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Los científicos que usan el Telescopio Espacial Fermi de Rayos gamma de la NASA, han detectado haces de antimateria producida por encima de las tormentas en la Tierra, un fenómeno nunca antes visto.

Esquema que muestra a la nave espacial Fermi sobre Egipto y las señales que detectó
Fermi sobre Egipto, el día 14 de diciembre de 2009.
Crédito: Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA
Los científicos creen que las partículas de antimateria son formadas en un destello terrestre de rayos gamma (terrestrial gamma-ray flash, TGF), un breve estallido producido dentro de las tormentas eléctricas y que se ha demostrado que está asociado con los relámpagos. Se estima que ocurren alrededor de 500 TGFs diarios en el mundo, pero la mayor parte no son detectados.

"Estas señales son la primera evidencia directa de que las tormentas crean haces de partículas de antimateria", dice Michael Briggs, miembro del equipo del Monitor de Estallidos de Rayos Gamma de Fermi (GBM) en la Universidad de Alabama en Huntsville (UAH). Presentó los hallazgos durante una conferencia de prensa en la reunión de la Sociedad Astronómica Americana en Seattle.
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Telescopio Fermi descubre dos colosales burbujas en nuestra galaxia

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El telescopio Fermi de la NASA ha descubierto dos burbujas colosales, de unos 25.000 años-luz cada una, situadas encima y debajo del centro de la Vía Láctea. Se trata de una estructura desconocida hasta ahora en nuestra galaxia y podría corresponder al remanente de una erupción de un agujero negro gigante.

Ilustración artística que muestra las gigantescas burbujas que se extienden aproximadamente 50.000 años-luz, la mitad del diámetro de la Vía Láctea
"Lo que vemos son dos burbujas que emiten rayos gamma y que se extienden a 25.000 años-luz hacia el norte y el sur del centro de la galaxia", dice Doug Finkbeiner, un astrónomo del Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica en Cambridge (Massachusetts, EE.UU.), que fue el primero en reconocerlas. "Todavía no entendemos completamente su naturaleza u origen".
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Una nueva clase de explosión estelar

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Una inesperada y poderosa nueva clase de explosión estelar ha sido descubierta en los cielos; una nova de rayos gamma que irradia la forma más enérgica de luz en el Universo.

Imagen de los rayos gamma de V407 Cygni obtenida por el telescopio Fermi
El Telescopio Fermi no detectó señales de una nova en los
19 días previos al 10 de marzo (izquierda), pero la explosión
es evidente en los datos de los 19 días siguientes (derecha).
Una nova es una explosión termonuclear masiva de una estrella enana blanca alimentada por la masa de una estrella compañera. A diferencia de las supernovas, las novas no causan la destrucción de sus estrellas. Los investigadores habían esperado y visto rayos X de las ondas resultantes de la expansión del gas en novas anteriores. Pero, a diferencia de las supernovas, no habían visto rayos gamma emitidos por novas.

Ahora los investigadores han descubierto una nova que arroja rayos gamma -aún más poderosos que los rayos X- utilizando el Telescopio Fermi de Gran Área en órbita alrededor de la Tierra, el telescopio espacial de rayos gamma más sensible que haya sido lanzado.
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Fermi cataloga el cielo en rayos gamma

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¿Qué brilla en el cielo en rayos gamma? La respuesta más completa a esta cuestión es la ofrecida por el primer catálogo del cielo completo del Telescopio Fermi de Rayos Gamma. Las fuentes de Fermi de rayos gamma cósmicos muestran los aceleradores de partículas más energéticos de la naturaleza, que producen en última instancia fotones de 100 MeV hasta 100 GeV, fotones con más de 50 millones a 50 mil millones de veces la energía de la luz visible.

Obtenidas a partir de datos de 11 meses de exploración celeste usando el Telescopio de Gran Área del Fermi (Large Area Telescope, LAT), las 1.451 fuentes catalogadas incluyen galaxias starburst energéticas y núcleos de galaxia activos mucho más lejos de la Vía Láctea. Pero en nuestra propia galaxia hay muchos púlsares y nebulosas de viento de púlsar, remanentes de supernova, estrellas binarias de rayos-X y micro-quásares.

El mapa del cielo completo del telescopio Fermi se muestra centrado en la Vía Láctea con la difusa emisión de rayos gamma desde el plano galáctico discurriendo horizontalmente a través de la imagen. Por ahora, 630 de las fuentes catalogadas en energías de rayos gamma permanecen sin identificar, sin ser asociadas a fuentes de energía más baja.

Fuente
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Rayos Cósmicos probablemente proceden de supernovas

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En todas las direcciones del cielo, los rayos cósmicos vuelan a través del espacio a velocidades increíbles. Estos 'rayos' -que en su mayor parte son partículas eléctricamente cargadas conocidas como protones- están entre las partículas más energéticas del Universo.


Durante casi 100 años, las partículas que componen los rayos cósmicos han sido unas de las más enigmáticas, por sus inciertos orígenes. Ahora, los investigadores han descubierto pruebas para respaldar una vieja teoría sobre que los rayos proceden de las supernovas, o estrellas en explosión.

Los nuevos hallazgos proceden del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, una colaboración de la NASA e instituciones de varios países. Se describen en el ejemplar del 7 de enero de la revista Sci­ence.

Cómo logran los rayos cósmicos unas velocidades tan altas ha sido un misterio durante casi un siglo. La idea de que pueden proceder de las supernovas se propuso hace décadas, pero había pocas pruebas directas para respaldarla.

Cuando una estrella muere y agota su combustible nuclear, los procesos atómicos provocan que estalle. El material estelar entonces se estrella contra el gas interestelar, compimiéndolo y formando ondas de choque, las cuales son áreas móviles de una compresión extremadamente alta en un gas o fluido. Los investigadores han supueso que estas ondas de choque son el lugar más probable donde las partículas cargadas aceleran para convertirse en rayos cósmicos.

Pero "las observaciones aún tienen que señalar dónde tiene verdaderamente lugar la aceleración", dice Ya­sunobu Uchiyama del Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas y Cosmología de la Universidad de Stanford en Cal­i­for­nia.

En la nueva investigación, la colaboración del Telescopio de Gran Área, liderada por los investigadores Takaaki Tanaka, Uchiyama, y Hi­roy­asu Tajima del instituto, difundieron la primera imagen de un remanente de supernova en el rango de energía de los giga-electrónvoltios, unas 200 millones de veces la energía de la luz visible. Las imágenes revelan dónde se distribuyen los rayos cósmicos en el remanente, dicen los científicos.

"Por fin hemos tenido éxito al conseguir información sobre la distribución espacial de un remanente de supernova en esta banda de energía", dijo Tanaka a Sym­me­try.

Para detectar por dónde merodeaban los rayos cósmicos, los investigadores rastrearon luz de rayos gamma, una forma de luz de alta energía procedente de un remanente de supernova conocido como W44 (en la imagen superior). Los rayos cósmicos tienden a producir rayos gamma a través de procesos subatómicos cuando interactúan con el gas difuso entre las estrellas. Los investigadores dedujeron que los rayos gamma que detectaron muy probable se creaban de esta forma basándose en el espectro observado de rayos gamma, o en la cantidad de luz procedente de distintas energías.

"Este artículo demuestra que Fermi es capaz de determinar el origen de los rayos gamma", dice Tanaka. "Conforme la colaboración recopile más datos, la certeza aumentará", continúa.

"No podemos declarar con seguridad que hemos visto por fin la firma de estos protones", dice Uchiyama, de acuerdo a la publicación. "Hay otra posibilidad que tenemos que descartar. Pero si podemos demostrar esta conexión, será un enorme avance. Los investigadores han estado persiguiendo esto durante casi 100 años, desde que se comprendieron por primera vez los rayos cósmicos".
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¿Dónde se esconde la materia oscura?

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En el ámbito de la astronomía, en especial en la astrofísica, las partículas 'más buscadas' en estos momentos son las que componen la materia oscura, que teóricamente representa el 85% de la composición del cosmos.

El telescopio espacial Fermi de la NASA lleva varios meses explorando el cielo en la longitud de onda de los rayos gamma para intentar hacerla visible. Pero ¿dónde debe apuntar para encontrar materia oscura en un Universo tan extenso?

Utilizando uno de los superordenadores más grandes de Europa, un equipo internacional de astrofísicos, unidos en el llamado Consorcio Virgo, parece haber dado con la respuesta a ese interrogante. Según publican en la revista Nature, los rayos gamma que se producen cuando las partículas colisionan en zonas con una elevada densidad de materia oscura pueden ser fácilmente detectados en regiones cercanas a estrellas. Y sugieren que el telescopio Fermi debería buscar precisamente en esas zonas de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Incluso recomiendan explorar los alrededores de nuestro propio Sol en busca de pequeñas aglomeraciones de materia oscura.

Si sus cálculos son precisos, pronto conoceremos más sobre este esquivo -y mayoritario- componente del Universo. Como afirma Carlos Frenk, director del Instituto de Cosmología Computacional de Durham (Reino Unido) y coautor del estudio, "resolver el acertijo de la materia oscura sería uno de los mayores logros científicos de nuestro tiempo".
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Fermi observa la llamarada más brillante de un Blazar

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Una galaxia situada a miles de millones de añoz luz de distancia, es la que llama la atención del Telescopio Espacial Fermi de rayos Gamma y astrónomos alrededor del mundo. Gracias a una serie de 'llamaradas' que comenzaron el 15 de septiembre, la galaxia es ahora la fuente más birllante de rayos gamma en el cielo.

Los astrónomos identificaron el objeto como 3C 454.3, una galaxia activa situada a 7,2 mil millones de años luz de distancia en la constelación de Pegaso. Pero incluso entre las galaxias activas, es excepcional.

"Estamos observando abajo a la derecha, el cañón de un chorro de partículas que proviene del agujero negro supermasivo de la galaxia", dijo Gino Tosti del Instituto Nacional de Física Nuclear en Perugia, Italia. "Algunos cambios dentro de ese chorro -no sabemos lo que es- es probable que sean los responsable de estas llamaradas."

Los blazars, al igual que muchas galaxias activas, emiten chorros en sentido contrario de las partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz cuando la materia cae hacia el centro de los agujeros negros supermasivos. Lo que hace a un blazar tan brillante en rayos gamma es su orientación: uno de los chorros está dirigido directamente hacia nosotros.

La mayor parte del tiempo, la fuente de rayos gamma persistente más brillante en el cielo es el pulsar Vela, que a una distancia de aproximadamente 1.000 años luz se encuentra prácticamente al lado.

"3C 454,3 está millones de veces más lejos, sin embargo, el estallido actual hace que sea dos veces más brillante que Vela", dijo Lise Escande en el Centro de Estudios Nucleares en Gradignan, cerca de Burdeos, Francia. "Esto representa una liberación de energía increíble, algo que la fuente no puede mantener por mucho tiempo."

Según Massimo Villata en el Observatorio Torino de Italia, 3C 454.3 también 'llamea' en radio y longitudes de onda visibles, aunque de manera menos espectacular. "En luz roja, el blazar llameó por más de dos veces y media con magnitud 13.7, y es también muy brillante en altas frecuencias de radio".

El equipo de Fermi alerta a los astrónomos para que supervisen el acontecimiento a través de la mayor amplia gama de longitudes de onda como posible. "Esta es nuestra mejor apuesta para entender lo que está pasando en ese chorro", dijo Tosti.
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Fermi mira profundamente a dos compañeros de un Microquásar

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El Telescopio Espacial Fermi de rayos Gamma de la NASA ha hecho la primera detección inequívoca de rayos gamma de alta energía, los que proceden de un enigmático sistema binario conocido como Cygnus X-3. La pareja del sistema binario está formada por una caliente y masiva estrella más un objeto compacto -una estrella de neutrones o un agujero negro- que explota en emisiones de radio lanzando chorros de materia hacia el espacio a más de la mitad de la velocidad de la luz.

Los astrónomos llaman microquásares a estos sistemas. Sus propiedades -emisiones en una amplia gama de longitudes de onda, los rápidos cambios de brillo, y chorros de radio- les hacen parecer versiones en miniatura de galaxias distantes (llamadas quásares y blazars) cuyas emisiones se cree que están asociadas a un enorme agujero negro.

"Cygnus X-3 es un auténtico microquásar y es el primero en que podemos demostrar una emisión de alta anergía de rayos gamma", dice Stéphane Corbel Diderot en París, en Francia.

El sistema, detectado por primera vez en 1966 como una de las fuentes de rayos X más fuerte del cielo, fue también una de las primeras fuentes de rayos gamma detectadas. Los esfuerzos para confirmar estas observaciones contribuyeron a estimular el desarrollo y mejora de los detectores de rayos gamma, un legado que culmina con el Telescopio de Gran Área (Large Area Telescope, LAT) a bordo de Fermi.

En el centro de Cygnus X-3 se encuentra una enorme estrella Wolf-Rayet. Con una temperatura superficial de 180.000 grados F, o aproximadamente 17 veces más caliente que el Sol, la estrella es tan caliente que su masa 'sangra' en el espacio en forma de un flujo poderoso llamado viento estelar. "En tan sólo 100.000 años, este rápido y denso viento quita tanta masa de la estrella Wolf-Rayet como la que contiene nuestro Sol", dice Robin Corbet en la Universidad de Maryland, Condado de Baltimore.


Cada 4,8 horas, el compañero compacto gira alrededor de la estrella. "Lo más probable es que este objeto sea un agujero negro, pero no podemos descartar una estrella de neutrones", señaló Corbet.

El LAT de Fermi detecta cambios en la emisión de rayos gamma de Cygnus X-3 en relación al movimiento de su acompañante que lo orbita cada 4,8 horas. La emisión más brillante de rayos gamma se produce cuando el disco está en el lado lejano de su órbita. "Esto sugiere que los rayos gamma surgen de las interacciones entre los electrones que se mueven rápidamente por encima y por debajo del disco y la luz ultravioleta de la estrella", explicó Corbel.

Cuando los fotones ultravioleta 'golpean' a las partículas que se mueven casi a la velocidad de la luz, los fotones ganan energía y se convierten en rayos gamma. "El proceso funciona mejor cuando un electrón enérgico se dirige hacia la Tierra y sufre una colisión frontal con un fotón de rayos ultravioleta", añadió Guillaume Dubus del Laboratorio de Astrofísica de Grenoble, Francia. "Y esto ocurre con más frecuencia cuando el disco está en el lado lejano de su órbita".

A través de procesos que no se comprenden totalmente, parte del gas que cae dentro del objeto compacto de Cygnus X-3 es expulsado en dos chorros de dirección opuesta. Las observaciones de radio registran el movimiento del gas y se puede apreciar que la velocidad de estos chorros es más de la mita de la velocidad de la luz.

Entre el 11 de octubre y 20 de diciembre 2008, y nuevamente entre el 8 de junio y 2 de agosto de 2009, Cygnus X-3 estaba inusualmente activo. El equipo encontró que los estallidos en el sistema de emisión de rayos gamma eran precedidos por 'llamaradas' en los chorros por aproximadamente 5 días, lo cual sugiere una relación entre ambos.

Los resultados, publicados en la edición electrónica de Science, proporcionarán nuevos conocimientos sobre cómo partículas de alta energía se aceleran y cómo se mueven a través de los chorros.

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El telescopio Fermi refuerza las teorías de Einstein

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Ya se ha cumplido un año de observaciones de este telescopio, las que corroboran los cálculos del científico alemán sobre el tiempo y el espacio.


El telescopio espacial Fermi de rayos gamma ha cumplido esta semana un año de observaciones, durante las que ha reforzado las teorías del físico Albert Einstein sobre el tiempo y el espacio. Pero en la búsqueda de esos misteriosos rayos también ha trazado un mapa del universo con una sensibilidad y una claridad que no tienen precedentes, según informa un comunicado de la NASA.

El telescopio es una misión conjunta en la que intervienen EEUU, Alemania, Francia, Italia, Japón y Suecia. Dedicado casi exclusivamente a la búsqueda de rayos gamma, su objetivo es el estudio de fenómenos cósmicos como la actividad de los núcleos galácticos, los púlsares y otras fuentes de energía.

Fue puesto en una órbita terrestre el 11 de junio de 2008 por un cohete Delta II lanzado desde el Centro Espacial Kennedy de la NASA, en Cabo Cañaveral (Florida). Desde que comenzó a operar después de ingresar en órbita, el telescopio ha capturado más de mil fuentes de rayos gamma, un tipo de radiación electromagnética cuya altísima energía, expresada en sus fotones, viaja y se esparce por todo el universo.

Pero, sobre todo, logró proporcionar una medida que constituyó una prueba empírica sobre las teorías de la relatividad y de la unificación del tiempo y el espacio, tal y como las enunció el físico alemán a comienzos del siglo pasado. Básicamente esas teorías se refieren a concepto del tiempo en relación con los cuerpos y la velocidad de la luz. "Los físicos quisieran sustituir la visión de la gravedad de Einstein, como lo expresan sus teorías de la relatividad, con algo que abarque todas las fuerzas fundamentales", señaló Peter Michelson, investigador del principal telescopio del observatorio Fermi. "Las ideas son muchas, pero son muy pocas las formas que existen de ponerlas a prueba", señaló.

Para los científicos, el Fermi ha proporcionado una forma de poner a prueba la teoría de Einstein. Según el modelo del físico germano, toda la radiación electromagnética, incluyendo las ondas de radio, la luz infrarroja, la luz visible, los rayos X y los rayos gamma, se desplazan por el vacío a la misma velocidad. El 10 de mayo de este año, el Fermi y otros satélites detectaron un destello de rayos gamma identificado como GRB 090510. La explosión ocurrió como resultado de la colisión de dos estrellas neutrónicas y los estudios mostraron que ese fenómeno ocurrió en una galaxia a 7.300 millones de años luz de la Tierra.

De los muchos fotones de rayos gamma detectados por el Fermi durante el destello que tuvo una duración de 2,1 segundos, había dos cuya energía era totalmente diferente. Sin embargo, tras desplazarse más de 7.000 millones de años, el par de fotones llegó con una diferencia de apenas nueve décimas de segundo. "Estos dos fotones viajaron a la misma velocidad. Einstein sigue imponiéndose", señaló Michelsen.

Pero más que por las teorías de Einstein, los astrónomos que controlan las operaciones del telescopio están más felices por los descubrimientos que éste ha hecho sobre lo que califican como "el universo extremo". "Hemos descubierto más de mil fuentes persistentes de rayos gamma, cinco veces el número conocido hasta ahora", indicó Julie McEnery, científico del proyecto en el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA.

Casi la mitad de ellos han sido vinculados con objetos o fenómenos conocidos en otras longitudes de onda, añadió. Entre esos objetos, ya más de 500, figuran los blazers, que son galaxias distantes cuyos agujeros negros emiten chorros de materia hacia el sistema que alberga a la Tierra. En nuestra galaxia, las fuentes de rayos gamma incluyen 46 púlsares y dos sistemas binarios en los que una estrella neutrónica orbita una estrella más joven y candente.

Según Jon Morse, director de la División de Astrofísica de la NASA, el telescopio "ha cumplido su promesa científica de hacer descubrimientos de alto impacto acerca del universo extremo y la idea del tiempo y el espacio", como la describiera Einstein hace casi un siglo.
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