sábado, 11 de octubre de 2014

Detección RHESSI implica explosiones de rayos gamma impulsadas por fuertes campos magnéticos


Berkeley - Universidad de California, satélite RHESSI de Berkeley, lanzado el año pasado por la NASA, fue tomando fotos de rayos X de las erupciones solares en diciembre cuando atrapó un fondo extremadamente brillante estallido de rayos gamma, que revela una novela característica física de estos rayos gamma - - su polarización.



El resultado arroja nueva luz sobre la fuerza motriz detrás de estas misteriosas explosiones.



Estallidos de rayos gamma son destellos misteriosos de los fotones de rayos gamma que aparecen fuera de una vez al día al azar en el cielo, brillando brevemente tan brillante como un millón de billones de soles.



La fuerte polarización medido por RHESSI (Reuven Ramaty Alta Energía Solar espectroscópico Imager) ofrece una ventana única sobre cómo funcionan estas explosiones, según Steven Boggs, profesor asistente de física en la Universidad de California en Berkeley. Boggs interpreta las mediciones en el sentido de que la ráfaga se origina en una región de campos magnéticos muy estructurados, más fuerte que los campos en la superficie de una estrella de neutrones - hasta ahora, los campos magnéticos más fuertes observados en el universo.



"La polarización nos está diciendo que los campos magnéticos propios están actuando como la dinamita, la conducción de la bola de fuego explosivo que vemos como un estallido de rayos gamma", dijo.



Los resultados se presentaron en la reunión de la American Astronomical Society en Nashville, Tennessee, por dos investigadores de UC Berkeley:. Boggs y Wayne Coburn, un becario postdoctoral en el Laboratorio de Ciencias Espaciales de la Universidad de Berkeley. El anuncio coincide con la publicación de los hallazgos en la edición del 22 de mayo la Naturaleza.



Los rayos gamma medidos por RHESSI eran aproximadamente 80 por ciento polarizada, consistente con la polarización máxima posible, alrededor de 75 por ciento, de los electrones en espiral alrededor de las líneas de campo magnético. Estos electrones producen llamada radiación sincrotrón. La luz polarizada, familiar para la mayoría de nosotros como la luz reflejada bloqueado por gafas de sol Polaroid, es la luz que los campos magnéticos y eléctricos están vibrando principalmente en una dirección, no al azar. Esta coherencia implica una simetría física subyacente - en este caso, alineado campos magnéticos.



"Es muy sorprendente que este es tan altamente polarizado", dijo Coburn. "Es difícil imaginar cómo se puede tener un área de campos magnéticos muy alineados cuando hay una explosión de supernova masiva pasando y cosas volando por todo el lugar."



Aunque los electrones son probablemente acelerados a casi la velocidad de la luz en las ondas de choque, el hecho de que los rayos gamma son máximamente polarizada implica que los propios ondas de choque son impulsados ??por un fuerte campo magnético subyacente.



"La cantidad de polarización que encontraron es tan intensa que parece que es la radiación sincrotrón pura y nada más, y todas las otras teorías van a tener que morder el polvo ahora," dijo Kevin Hurley, una de rayos gamma físico estallido UC Berkeley . Desde 1990, ha operado la Red del Tercer Interplanetaria (IPN3) de seis satélites unidos entre sí para detectar explosiones de rayos gamma y astrónomos inmediatamente alerta.



Durante más de tres décadas, los astrónomos han tratado de desentrañar la naturaleza fundamental de estas misteriosas explosiones. Sólo en 1997 fueron los astrónomos finalmente capaz de precisar en qué parte del cielo una explosión se originó con la suficiente precisión para determinar que la explosión era cosmológica en origen - es decir, se le ocurrió en una galaxia muy fuera de nuestra propia Vía Láctea - y determinar que la energía involucrada era enorme. En el transcurso de unos pocos segundos, una masa comparable a la de un centenar de Tierras se convierte totalmente en energía de rayos gamma, eclipsando todo el universo por un breve momento. El estallido inicial se desvanece en unos pocos segundos, pero las ondas de choque resultantes (el "Afterglow") puede ser visible para los telescopios ópticos, de radio y de rayos X para el día después de la explosión.



Observaciones de la luminiscencia residual de un separado 29 de marzo estalló revelaron lo que ya sospechaba que un número de astrónomos - una supernova subyacente a la explosión de rayos gamma. Sin embargo, los astrónomos saben que no todas las supernovas producen estallidos de rayos gamma, y ??la física de cómo una explosión de supernova puede producir un estallido de rayos gamma no está claro.



El descubrimiento de la polarización revela cómo se alimenta un estallido de rayos gamma - a través de la generación de un campo magnético fuerte, a gran escala. Ahora la pregunta que queda para los teóricos y observadores es por qué algunas supernovas plomo a un campo fuerte, organizada magnética. Esto podría ser una pregunta sólo se puede abordar a través de la teoría, pero los elementos de prueba están en su lugar para los teóricos de desentrañar, dijo Boggs.



A pesar de que deja en manos de los teóricos de averiguar cómo se podrían generar esos campos magnéticos fuertes, Boggs dijo que la explosión probablemente está precedida por el colapso del núcleo de una estrella masiva directamente a un agujero negro. Un agujero negro en sí no tiene campo magnético - no tiene pelo, como dice el dicho - pero el campo magnético local podrá enhebrar a través del agujero negro. Si gira rápidamente, el agujero negro a la disolución del campo local, como un trompo. La densidad de energía en el, campo comprimido bien la herida eventualmente obtener tan alto que rebotaría hacia el exterior en una bola de fuego masiva, arrastrando con ella la materia.



Aunque no está diseñado específicamente para medir la polarización de rayos gamma, RHESSI fue el primer satélite en órbita sensible a su medida, dijo Boggs. Rayos gamma polarizadas destacan porque dispersan preferentemente en una dirección en el detector, mientras que los rayos gamma no polarizados dispersan al azar en todas las direcciones.



Desde el lanzamiento del RHESSI el 5 de febrero de 2002, Coburn y Boggs han estado monitoreando la IPN3 para las explosiones brillantes. Una vez alertados por la red, Coburn comprueba el registro RHESSI para ver si estaba apuntando en esa dirección durante la ráfaga. RHESSI mira directamente al sol con el fin de atrapar gamma y rayos X las emisiones de las erupciones solares, pero puede detectar rayos gamma desde cualquier dirección en el cielo, ya que pasan a través de las estructuras mecánicas del satélite a los detectores. Para obtener una buena medida de la polarización, sin embargo, las explosiones se deben ya sea más o menos alineados o contrario a la dirección que apunta RHESSI, dijo Coburn.



El 6 de diciembre de 2002, RHESSI capturado una explosión brillante solo 18 grados del eje - casi óptimas para la determinación de la polarización. La ráfaga alcanzó su punto máximo durante aproximadamente 6 segundos, luego se desvaneció gradualmente durante un periodo de aproximadamente 30 segundos. Coburn y Boggs analizaron cuidadosamente los datos RHESSI y, después de la eliminación de todos los errores sistemáticos, determina una polarización de 80 por ciento, más o menos el 20 por ciento. Esto indica un campo magnético de aproximadamente 10 mil billones de Gauss, 10.000 veces mayor que en la superficie de una estrella de neutrones típica. El campo magnético de la Tierra es de aproximadamente la mitad de Gauss.



"Esta observación es un hito para la astrofísica de rayos gamma", dijo Boggs. Polarización dice a los astrónomos sobre los campos magnéticos y las simetrías subyacentes en las fuentes astrofísicas y se mide comúnmente en la radio y la astronomía óptica. Polarización incluso se ha medido en las fuentes de rayos-X. Sin embargo, dijo, "esta es la primera detección de astrofísica de la polarización en energías de rayos gamma."



Para una medición de este tipo novela, una nueva confirmación independiente es crucial, dijo. INTEGRAL, un satélite europeo lanzado en octubre pasado, cuenta con dos instrumentos de rayos gamma que son potencialmente sensibles a la polarización. Una confirmación ideales vendrá cuando tanto RHESSI y INTEGRAL observan la misma ráfaga brillante, lo que requerirá un poco de paciencia por parte de los científicos.



"El hecho de que se detectaron la polarización fue un tour de force", dijo Hurley. "RHESSI fue diseñado para medir la polarización de los rayos gamma solares y ser sensibles a las explosiones, pero no estaba del todo claro que se podría detectar la polarización de las explosiones."



"RHESSI fue enviado al espacio para descubrir los secretos de las llamaradas solares, las explosiones más grandes de nuestro sistema solar, así que estoy encantado de que ha sido capaz de proporcionar casualidad nueva información sobre las explosiones de rayos gamma, las explosiones más grandes de todo el universo, "dijo Brian Dennis, RHESSI científico de la misión del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland."Curiosamente, los campos magnéticos parecen estar conduciendo ambos eventos inmensamente poderosos ".



Boggs señaló que los astrónomos han medido la polarización del resplandor óptico de las explosiones de rayos gamma, pero que este le dice a los científicos nada sobre el evento "progenitor" - la explosión de conducir la explosión. De hecho, el resplandor está polarizada sólo ligeramente, lo que indica que el resplandor proviene de regiones de campos magnéticos turbulentos generados, ondas de choque en el momento de la explosión inicial.



Tanto Boggs y Coburn planean continuar el seguimiento de los datos RHESSI capturar más explosiones de rayos gamma y determinar si fuerte polarización es característico de todas las ráfagas y cómo la polarización evoluciona durante la ráfaga. Coburn dijo que RHESSI detecta el luminoso 29 de marzo de ráfaga, por ejemplo, pero era 145 grados fuera del eje y requerirá un análisis aún más detallada con el fin de medir la polarización.



Esta investigación fue apoyada, en parte, por la Administración Aeronáutica y Espacial Nacional y el Instituto Espacial de California.


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