Un estudio revela la primera población galáctica de protoestrellas emisoras de rayos gamma

Nature Astronomy publica un estudio, liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), que revela la existencia de una nueva población de estrellas en formación capaces de producir rayos gamma

Los resultados muestran que los chorros emitidos por estas protoestrellas actúan como aceleradores eficientes de protones, convirtiéndolas en un nuevo laboratorio para estudiar los rayos cósmicos 

Cuando parte de una nube molecular de gas y polvo colapsa bajo su propia gravedad, se origina una protoestrella —una estrella todavía en construcción—. Durante esta etapa, la materia que cae hacia ella interactúa con intensos campos magnéticos que expulsan parte de ese material al espacio en forma de chorros capaces de recorrer cientos de kilómetros por segundo.

Un estudio liderado por el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), publicado hoy en Nature Astronomy, ha revelado la existencia de una nueva población de estrellas en formación cuyos chorros de materia son capaces de acelerar protones de manera eficiente y producir rayos gamma, la forma más energética de luz que existe en el universo.

“Aparte de confirmar la importancia y el impacto que estos chorros de materia tienen en su entorno, hemos sido capaces de relacionar la energía de los rayos gamma detectados con la potencia de su fuente emisora”, explica Javier Méndez Gallego, líder del estudio e investigador del IAA-CSIC con un contrato predoctoral FPI-Severo Ochoa.

LAS HUELLAS DE UN ACELERADOR CÓSMICO EN FORMACIÓN

Para obtener estos resultados, el equipo investigador, integrado en su amplia mayoría por miembros del IAA-CSIC, comparó el catálogo más completo de fuentes de rayos gamma obtenido por el telescopio espacial Fermi con las posiciones de objetos estelares jóvenes procedentes del sondeo RMS (Red MSX Source Survey). El análisis reveló 33 asociaciones probables entre ambos tipos de objetos, lo que permitió identificar por primera vez una población de protoestrellas emisoras de rayos gamma, bautizada por los autores como protoestrellas luminosas en rayos gamma (Gamma-Loud Protostars).

Representación artística del telescopio espacial Fermi de la NASA. Crédito: Daniëlle Futselaar/MPIfR (artsource.nl)

Los rayos gamma constituyen la forma más energética de radiación electromagnética y suelen asociarse a algunos de los fenómenos más extremos del universo, como las explosiones de supernova o los agujeros negros activos. Su detección resulta especialmente relevante porque actúan como una huella de los procesos que aceleran los rayos cósmicos, permitiendo rastrear fenómenos que de otro modo serían difíciles de observar.

«Los rayos gamma constituyen una ventana observacional al universo no térmico, donde fuentes astronómicas extremas, como agujeros negros y púlsares, actúan como aceleradores naturales de partículas. Estas partículas viajan por el espacio a velocidades cercanas a la de la luz e interactúan con su entorno, produciendo importantes cambios energéticos y químicos», señala Emma de Oña Wilhelmi, investigadora en DESY y coautora del estudio. El origen de estas partículas, compuestas principalmente por protones, sigue siendo una de las grandes incógnitas de la astrofísica.

Los resultados obtenidos muestran además una relación entre la energía de los rayos gamma detectados y la potencia de los chorros emitidos por las protoestrellas. “Esta conexión nos ha permitido vincular directamente la emisión gamma con la actividad de los chorros y confirmar que estos objetos actúan como aceleradores eficientes de protones”, señala Rubén López-Coto, investigador del IAA-CSIC y segundo autor del trabajo. 

Representación artística de una protoestrella luminosa en rayos gamma (Gamma-Loud Protostar). Créditos: IAA-CSIC/Scienseed

El estudio propone que esta aceleración se produce cuando los chorros expulsados por las protoestrellas chocan contra el gas que los rodea. Estos impactos actúan como auténticos aceleradores naturales, impulsando protones hasta velocidades cercanas a la de la luz y dando lugar a la emisión de rayos gamma observada.

“Nuestros resultados muestran que estas protoestrellas constituyen un nuevo laboratorio natural para estudiar cómo se aceleran los rayos cósmicos, de forma que futuras observaciones permitirán comprender mejor la física que se esconde detrás de esta emisión”, concluye Javier Méndez Gallego.

Animación y recreación artística de los resultados científicos del estudio. Créditos: IAA-CSIC/Scienseed