Un equipo del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) ha identificado una nueva población de protoestrellas capaces de generar rayos gamma, la forma más energética de luz que existe en el universo. El hallazgo, publicado en la revista Nature Astronomy, revela que algunas estrellas todavía en formación pueden actuar como auténticos aceleradores cósmicos de partículas.
Cuando una nube molecular de gas y polvo colapsa por efecto de su propia gravedad comienza a formarse una estrella. Durante esta primera etapa, conocida como fase de protoestrella, el astro todavía está acumulando material, pero ya desarrolla una intensa actividad capaz de modificar su entorno.
Ahora, el estudio liderado por investigadores del IAA-CSIC demuestra que los chorros de materia expulsados por estas estrellas jóvenes pueden acelerar protones a velocidades extremas y generar emisiones de rayos gamma, una señal que hasta ahora no se había asociado a este tipo de objetos.
“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, investigador del IAA-CSIC y líder del estudio.
Las protoestrellas se convierten en nuevos laboratorios para estudiar el universo extremo
Los rayos gamma son la forma más energética de radiación electromagnética y suelen estar relacionados con algunos de los fenómenos más violentos del cosmos, como las explosiones de supernova, los agujeros negros activos o las estrellas de neutrones.
Su detección permite estudiar procesos conocidos como aceleración de rayos cósmicos, uno de los grandes enigmas de la astrofísica moderna: cómo algunas fuentes naturales consiguen impulsar partículas hasta velocidades cercanas a la de la luz.
Hasta ahora, los grandes aceleradores cósmicos conocidos estaban vinculados principalmente a objetos extremadamente energéticos. El nuevo trabajo abre una vía diferente al demostrar que estrellas todavía en formación también pueden generar estos fenómenos.
“Los rayos gamma constituyen una ventana observacional al universo no térmico, donde fuentes astronómicas extremas actúan como aceleradores naturales de partículas”, señala Emma de Oña Wilhelmi, investigadora en DESY y coautora del estudio. Estas partículas, compuestas principalmente por protones, viajan por el espacio a velocidades próximas a la luz e interactúan con el medio que las rodea, provocando cambios energéticos y químicos.
Treinta y tres protoestrellas asociadas a emisiones de rayos gamma
Para llegar a esta conclusión, el equipo comparó el catálogo más completo de fuentes de rayos gamma obtenido por el telescopio espacial Fermi con los objetos estelares jóvenes identificados en el sondeo RMS (Red MSX Source Survey).
El análisis permitió encontrar 33 asociaciones probables entre ambos tipos de fuentes y descubrir una nueva población bautizada por los autores como protoestrellas luminosas en rayos gamma (Gamma-Loud Protostars).
Estas estrellas jóvenes presentan una característica clave: sus chorros de materia son capaces de interactuar con el gas que las rodea y producir las condiciones necesarias para acelerar partículas.
Chorros de materia que funcionan como aceleradores naturales
Durante la formación de una estrella, parte del material que cae hacia ella es expulsado mediante enormes chorros impulsados por sus campos magnéticos. Estas estructuras pueden recorrer cientos de kilómetros por segundo y extenderse a grandes distancias alrededor de la protoestrella.
El estudio demuestra que cuando esos chorros impactan contra el gas del entorno se generan auténticos “laboratorios naturales” capaces de acelerar protones hasta velocidades cercanas a la luz.
Los investigadores han encontrado además una relación directa 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”, explica Rubén López-Coto, investigador del IAA-CSIC y segundo autor del trabajo.
Una nueva pieza para entender el origen de los rayos cósmicos
El descubrimiento convierte a estas protoestrellas emisoras de rayos gamma en nuevos escenarios para estudiar uno de los grandes misterios de la astrofísica: el origen y comportamiento de los rayos cósmicos.
Según Javier Méndez Gallego, estos objetos ofrecen un nuevo laboratorio natural para investigar cómo se aceleran estas partículas y permitirán que futuras observaciones profundicen en la física que se esconde detrás de estas emisiones.
El hallazgo amplía así el mapa de los fenómenos capaces de generar las partículas más energéticas del universo y sitúa a las estrellas en formación como protagonistas inesperadas de la física cósmica.
