Los astrónomos detectan dos fotones de unos mil billones de electronvoltios, una energía que ronda el límite de lo que pueden explicar las teorías clásicas y que solo se ha observado en otro puñado de fuentes astronómicas.

El 4 de julio de 1054, un poco antes de la salida del sol, los astrónomos chinos de la dinastía Song divisaron una estrella desconocida que iluminaba el cielo oriental. «Es tan brillante como Venus, con rayos que apuntan en las cuatro direcciones y de un color blanco rojizo», escribieron en las notas que entregaron al emperador. El resplandor, que fue visible a simple vista (incluso de día) durante casi un mes, se debía a la espectacular muerte explosiva de una estrella situada a 6500 años luz, en la constelación de Tauro. Sus restos se conocen hoy como la nebulosa del Cangrejo, uno de los objetos más bellos y estudiados del cielo.

Los científicos saben desde hace tiempo que la nebulosa del Cangrejo es un objeto astrofísico muy energético que emite todo tipo de radiación electromagnética, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. Pero hace poco han descubierto que es aún más energética de lo que pensaban. Usando un avanzado conjunto de detectores situado en el borde oriental de la meseta tibetana, un equipo ha detectado fotones con energías del orden de más de mil billones de electronvoltios (1 PeV) procedentes del famoso remanente de supernova. Se trata de energías que podrían plantear problemas a las teorías clásicas de la física. El descubrimiento se acaba de publicar en Science.

Acelerador cósmico

Situado a 4410 metros sobre el nivel del mar, en el hermoso monte Haizi, el Gran Observatorio de Cascadas Atmosféricas a Gran Altitud (LHAASO) ha detectado desde 2019 decenas de miles de fotones muy energéticos procedentes de la nebulosa del Cangrejo. El observatorio también permitió, por vez primera, medir con precisión el espectro energético de la nebulosa (los fotones que emite para cada energía) en su extremo superior, entre 0,3 y 1,1 PeV. «Los resultados de LHAASO son importantes porque midieron el espectro de la nebulosa del Cangrejo en un régimen de energías que no había explorado ningún instrumento anterior», afirma Rene Ong, astrofísico de la Universidad de California en Los Ángeles que no participó en la investigación.

Hay dos fotones especialmente interesantes para los investigadores experimentales y teóricos, dado que son los más energéticos que se hayan registrado jamás desde la nebulosa del Cangrejo: uno de 0,88 PeV, que el equipo ya había notificado en un artículo de Nature, y otro de 1,1 PeV, que han detallado en el último estudio. Las partículas de luz llegaron a la Tierra con una energía 10 veces superior a la de una pelota de ping-pong que rebota en una raqueta.

«Se trata de eventos extremos y casi inimaginables desde cualquier punto de vista», afirma Felix Aharonian, investigador del Instituto de Estudios Avanzados de Dublín y del Instituto Max Planck de Física Nuclear de Heidelberg, y coautor del nuevo trabajo.

¿Cómo puede acelerar estas partículas la nebulosa del Cangrejo? Nacida en la explosión de supernova observada hace casi 1000 años, la nebulosa alberga en su seno un púlsar, una estrella de neutrones extremadamente densa que gira 30 veces por segundo. La rotación genera un «viento» formado por pares de electrones y positrones (los homólogos de antimateria de los electrones). Y esas partículas interactúan con la nebulosa circundante para crear ondas de choque y un acelerador de partículas natural, según Cao Zhen, investigador principal de LHAASO que trabaja en el Instituto de Física de Altas Energías de la Academia China de Ciencias.

Cuando las partículas aceleradas obtienen por fin la energía necesaria para escapar, algunas chocan con los fotones de baja temperatura del fondo cósmico de microondas y les transfieren una parte importante de su energía. Las partículas de luz salen disparadas, y algunas se dirigen directas a la Tierra, trayendo consigo información importante sobre la propia nebulosa del Cangrejo.

Los científicos llevan décadas observando fotones ultraenergéticos procedentes de la nebulosa del Cangrejo, aunque ninguna había alcanzado tamañas energías. A principios de la década de 2000, el observatorio HEGRA, situado en las islas Canarias, detectó fotones con 75 billones de electronvoltios (TeV). Más recientemente, un experimento chino-japonés llamado Tibet AS-gamma captó fotones con energías de hasta 450 TeV.

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