Un misterioso objeto de la Vía Láctea acelera protones a más de un cuatrillón de electronvolts

Científicos lograron identificar de manera concluyente una fuente en la Vía Láctea capaz de acelerar protones a algunas de las energías más altas conocidas en nuestra galaxia. Este descubrimiento podría ayudar a los investigadores a comprender mejor los rayos cósmicos, partículas extremadamente rápidas que viajan a través del espacio entre las estrellas y afectan eventos en toda la galaxia.

Los rayos cósmicos están compuestos principalmente por protones, junto con un número mucho menor de electrones. Algunos alcanzan energías superiores a las producidas por aceleradores de partículas construidos por humanos. Por ejemplo, el Gran Colisionador de Hadrones, ubicado en la frontera entre Suiza y Francia, puede impulsar protones a casi la velocidad de la luz, pero los aceleradores naturales que se encuentran en el espacio pueden llevar partículas a niveles de energía aún más extremos.

Un equipo de investigación internacional liderado por la Universidad de Hiroshima confirmó la existencia de este acelerador galáctico tras combinar observaciones de tres importantes observatorios que operan tanto en la Tierra como en el espacio. Los resultados fueron publicados en The Astrophysical Journal el 16 de julio de 2026.

Un acelerador natural de poder extraordinario

"Esta inmensa energía hace que los rayos cósmicos sean importantes en la astronomía y astrofísica", explicó Tsunefumi Mizuno, autor principal y corresponsal del estudio, quien es profesor asociado en el Centro de Ciencia Astrofísica de la Universidad de Hiroshima.

Las energías de los rayos cósmicos se miden en electronvolts, una unidad que describe la energía que un electrón gana cuando su potencial eléctrico aumenta en un voltio.

"La energía más alta de los rayos cósmicos galácticos puede alcanzar y superar un cuatrillón (10¹⁵) de electronvolts, o un peta electronvolt (PeV). Encontrar un acelerador de protones de rayos cósmicos por encima de ese nivel de PeV, denominado PeVatron de protones, es uno de los temas más emocionantes en la astrofísica moderna, y hemos identificado uno de esos objetos, conocido anteriormente como LHAASO J1912+1014u".

Un PeVatron de protones es un acelerador cósmico natural capaz de impulsar protones más allá del umbral de PeV. Identificar estos objetos es complicado porque los científicos deben distinguir las señales producidas por protones de aquellas generadas por electrones altamente energéticos.

Rayos gamma apuntan a un posible PeVatron

El experimento Tibet AS de rayos gamma, que ha sido liderado por Japón y China desde 1990, junto con el Observatorio de Altura de Alta Energía LHAASO en China, han detectado docenas de fuentes de rayos gamma con energías superiores a 0.1 PeV. Una de esas fuentes es LHAASO J1912+1014u.

Los rayos gamma son la forma más energética de radiación electromagnética. Se pueden producir cuando las partículas de rayos cósmicos interactúan con su entorno, y sus energías son típicamente aproximadamente una décima parte de la energía llevada por los rayos cósmicos que los crearon.

Por esa razón, las fuentes que producen rayos gamma por debajo del rango de PeV pueden considerarse posibles candidatas a PeVatron. Investigaciones anteriores sugirieron que LHAASO J1912+1014u podría ser un remanente de viento de pulsar o algún otro tipo de escombro dejado tras la explosión de una estrella masiva.

"Sin embargo, los datos de los experimentos Tibet AS y LHAASO por sí solos no pueden identificar claramente los PeVatron de protones porque los electrones de rayos cósmicos de PeV también pueden producir los rayos gamma de menor energía", comentó Mizuno.

La resolución de imagen limitada de esas observaciones significó que los investigadores no pudieron examinar la fuente lo suficientemente de cerca como para determinar si los protones o los electrones eran responsables de los rayos gamma.

Tres observatorios proporcionaron la evidencia faltante

Información adicional estuvo disponible a partir de varios otros instrumentos. Estos incluyeron el Telescope de Área Amplia Fermi (Fermi-LAT), una misión liderada por NASA que la Universidad de Hiroshima ayudó a desarrollar y operar; el sondeo de imagen del plano galáctico sin sesgo FOREST con el telescopio Nobeyama de 45 m (FUGIN), dirigido por Japón; y el Observatorio de Rayos X Chandra de NASA.

LHAASO J1912+1014u fue descubierto en 2024. Se encuentra en la constelación Aquila, cerca de Altair, una de las estrellas más conocidas que forman el Triángulo de Verano. Inicialmente, los científicos clasificaron el objeto como un remanente de supernova, pero esa interpretación se volvió menos segura tras detectar emisiones superiores a 100 TeV.

"Con datos de múltiples experimentos, hemos estudiado LHAASO J1912+1014u en detalle", indicó Mizuno.

Juntos, los observatorios proporcionaron mediciones a través de una amplia parte del espectro electromagnético, que abarca desde ondas de radio hasta rayos gamma. Esto permitió a los investigadores construir un modelo detallado de múltiples longitudes de onda de la fuente.

Combinando señales a través del espectro energético

Fermi-LAT midió rayos gamma con energías cercanas a un giga-electronvolt (GeV), equivalente a mil millones de electronvolts. Chandra recopiló observaciones de rayos X a energías más bajas, mientras que FUGIN proporcionó datos de radio a energías aún más bajas.

El equipo combinó estas mediciones con observaciones de tera-electronvolts (TeV) de instrumentos, incluido LHAASO. La imagen resultante indicó fuertemente que LHAASO J1912+1014u es un PeVatron de protones y permitió a los investigadores descartar otras explicaciones posibles.

Tres hallazgos principales respaldaron esa conclusión.

Primero, la señal de rayos gamma se extendió suavemente desde más de 100 billones de electronvolts hasta 400 millones de electronvolts. Según Mizuno, el amplio rango de energía hizo poco probable que la fuente estuviera acelerando principalmente electrones.

Segundo, la distribución de los rayos gamma GeV coincidió estrechamente con el patrón de gas interestelar mapeado a través de observaciones de radio FUGIN. Esa conexión se espera cuando protones de alta energía chocan con el gas circundante y producen rayos gamma.

En tercer lugar, Chandra detectó solo una emisión de rayos X difusa muy débil. Una fuente dominada por electrones acelerados generalmente produciría señales de rayos X más fuertes, por lo que la débil emisión apoyó aún más la explicación de los protones.

Tres conjuntos de datos revelan un motor cósmico

"Esta investigación se logró gracias al esfuerzo en equipo. Hay un viejo dicho japonés: 'Una flecha es fácil de romper, pero tres flechas juntas no lo son'," expresó Mizuno. "En este estudio, tres flechas -- datos de rayos gamma GeV de Fermi-LAT, datos de radio de FUGIN y datos de rayos X de Chandra -- se agruparon a través de un modelado detallado de múltiples longitudes de onda, revelando que nuestro objetivo, LHAASO J1912+1014u, es un PeVatron de protones de rayos cósmicos."

El estudio no solo identificó la fuente como un PeVatron. Los investigadores también examinaron las características de las partículas que están siendo aceleradas, información que podría ayudar a revelar qué tipo de objeto está impulsando el proceso.

Mizuno mencionó que hay docenas de otros posibles PeVatron de protones en la Vía Láctea. El equipo ahora planea estudiar esos candidatos de manera más exhaustiva para determinar cuántos pueden ser confirmados y qué tipos de objetos cósmicos los producen.

Naoto Nakahara de la Universidad de Hiroshima; Hidetoshi Sano y Takeru Murase de la Universidad de Gifu; Tomohiko Oka de la Universidad Julius-Maximilians de Würzburg; y Hiromasa Suzuki de la Universidad de Miyazaki coescribieron el estudio.

La colaboración Fermi LAT agradece el continuo apoyo generoso de la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA) y el Departamento de Energía (DOE) de los Estados Unidos; el Comisariado a la Energía Atómica y el Centro Nacional de Investigación Científica en Francia; la Agenzia Spaziale Italiana y el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare en Italia; el Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (MEXT), la Organización de Investigación de Aceleradores de Alta Energía (KEK) y la Agencia de Exploración Aeroespacial de Japón (JAXA); y la Fundación K. A. Wallenberg, el Consejo Sueco de Investigación y la Junta Nacional del Espacio de Suecia. Se agradece el apoyo adicional para el análisis científico del Istituto Nazionale di Astrofisica en Italia; y del Centro Nacional de Estudios Espaciales en Francia.

Este trabajo se realizó en parte bajo el contrato del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) DE-AC02-76SF00515. Este trabajo también fue apoyado en parte por una Subvención de Apoyo a la Investigación Universitaria de la Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ); la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) KAKENHI (23K25882, 23H04895, 22H00152, 24H00246, 24K17093).