Las fuentes exóticas de la luz más extrema del universo

Las fuentes exóticas de la luz más extrema del universo

Las fuentes exóticas de la luz más extrema del universo La radiación cósmica puede provenir de cúmulos de estrellas enormes y calientes com

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Las fuentes exóticas de la luz más extrema del universo

Las fuentes exóticas de la luz más extrema del universo

La radiación cósmica puede provenir de cúmulos de estrellas enormes y calientes como NGC 3603, que se encuentran rodeadas por esta colorida nebulosa a 20,000 años luz de distancia, en la constelación de Carina.

Crédito: NASA / U. Virginia / INAF, Bolonia, Italia / USRA / Ames / STScI / AURA

Todos estamos familiarizados con la luz, de una forma u otra. Podemos ver algo de luz, como el espectro visible relativamente estrecho que incorpora los colores del arco iris. Otra luz que no podemos ver, pero podemos sentir: por ejemplo, el calor que percibimos del sol en un día caluroso de verano proviene de la radiación infrarroja invisible que emana de nuestra estrella madre. E incluso hay luz que solo podemos detectar con dosis extremas: la quemadura ultravioleta de un largo día en la playa o los efectos peligrosos de los rayos gamma de un objeto radioactivo.

Es esta luz extrema la que tiene las fuentes más exóticas del universo. Mientras que la mayoría de las formas de radiación provienen de trillones sobre trillones de estrellas relativamente serenas o el fondo ultracool de luz sobrante del Big Bang en sí (el fondo cósmico de microondas ), el cosmos está lleno de algunos eventos fantásticamente energéticos. Y en esos eventos encontramos algunos métodos de fabricación de radiación realmente fuera de este mundo. [ Dentro de la misión de sondeos de tormenta del cinturón de radiación de la NASA (infografía) ]

Vueltas y vueltas vamos

Imagine una antena de radio típica, que genera radiación (en forma de ondas de radio para que sintonice el estéreo de su automóvil) moviendo los electrones hacia arriba y hacia abajo en toda su longitud. De un lado a otro, de un lado a otro, esas partículas aceleradas y cargadas envían señales de radio desde la antena.

Imagine aumentar la velocidad de los electrones que rebotan, enviándolos frenéticamente subiendo y bajando por la antena, en el proceso generando ondas de radio más fuertes. Eso se agotaría rápidamente, así que para hacer las cosas más eficientes, dobla la antena en la trayectoria de un círculo y usa algo como imanes superpoderosos para enviar esas cargas gritando cerca de la velocidad de la luz.

Ahora, “aceleración” puede significar parar y comenzar, como en el caso de una antena de radio lineal, pero también puede significar cambiar de dirección, como seguir el camino de un círculo, como en el caso de nuestro nuevo artilugio. Así que esos electrones giratorios aún logran enviar radiación y ahora son capaces de emitir rayos ultravioleta y rayos X de alta energía. Y en lugar de propagar esa radiación en un amplio chapoteo, se concentra en un haz estrecho, que se parece más a los faros de un automóvil que gira en una curva rápida.

Esta radiación se observó por primera vez en un sincrotrón (un dispositivo para hacer exactamente lo que se describe anteriormente), de ahí el nombre de radiación de sincrotrón, pero la naturaleza es capaz de hacer esto en abundancia: en cualquier momento los campos magnéticos fuertes se unen con los electrones, como los chorros de aire. En los núcleos galácticos activos, la fiesta del sincrotrón puede comenzar.

Velocidad de la luz

Todos sabemos que la velocidad de la luz es la velocidad de la luz, la velocidad más rápida de todas. Nada puede vencer a un rayo de luz en una carrera de resistencia de uno a uno … en vacío puro. Pero cuando se viaja a través de un material, la velocidad de la luz puede disminuir considerablemente. En el agua, por ejemplo, la radiación viaja a solo tres cuartos de su ritmo habitual de formación de ampollas.

Y con la luz tan trabada, no hay nada que impida que una partícula de pies rápidos la derrote en el juego de velocidad.

Si un objeto viaja más rápido que la velocidad del sonido a través de un medio, como un chorro supersónico que vuela a través de la atmósfera, crea un montón de ondas de sonido llamadas auge sónico . Por analogía, y las analogías son la mejor manera de ir aquí, ya que la física es realmente difícil de describir: una partícula cargada que va más rápido que la luz a través de un medio crea una acumulación de ondas de luz, también conocida como radiación.

Esta luz ultravioleta, conocida como radiación de Cherenkov en honor a su descubrimiento, Pavel Cherenkov, se ve típicamente en reactores nucleares y experimentos de física de alta energía, donde las partículas en rápido movimiento se filtran a través de baños de agua. Tampoco son solo un subproducto de Big Science, se usan en experimentos de vanguardia para rastrear los orígenes de partículas de energía súper alta que caen como balas cósmicas del espacio exterior.

Toma un descanso

El último ejemplo tiene un nombre fantásticamente alemán: “bremsstrahlung”, que se traduce aproximadamente como “radiación de frenado”. Una vez más, esta forma de radiación requiere altas energías y partículas cargadas. En este caso, si tiene una combinación potente de partículas ligeras y de rápido movimiento (como electrones) y partículas pesadas y de lento movimiento (como protones o núcleos atómicos), obtendrá mucha luz con un nombre genial.

A medida que los electrones se mueven, a veces se acercan a los núcleos y tienen más posibilidades de hacerlo si tienen mucha energía. Si las temperaturas son lo suficientemente altas, no quedarán atrapadas y formarán átomos. En su lugar, solo sentirán una breve atracción mutua (con cargas opuestas y todo), tirando ligeramente del electrón y empujándolo en una dirección ligeramente diferente a la que originalmente se dirigía. Y dado que un cambio de dirección es una aceleración, la aceleración de las partículas cargadas emite luz, la luz … se emite.

Esto solo puede ocurrir en entornos muy energéticos, por lo que bremsstrahlung se presenta en forma de rayos X. Y hay un entorno particular en el universo que es simplemente maravilloso al hacer bremsstrahlung: las estructuras más grandes unidas por gravedad en el universo.

Los cúmulos de galaxias son el hogar de mil galaxias o más, todas dentro de un volumen de millones de años luz en un lado. Pero las galaxias no están solas; están nadando a través de una sopa caliente pero extremadamente delgada de plasma conocida como el medio intracluster. Este medio está hecho de, lo has adivinado, electrones ligeros y nucleones pesados, y cuando observamos estos grupos con telescopios de rayos X, vemos gigantescas burbujas brillantes de radiación de rayos X de alta energía: bremsstrahlung.

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