Los rayos gamma de muy alta energía ( VHEGR ) denotan radiación gamma con energías de fotones de 100 GeV ( gigaelectronvoltio ) a 100 TeV (teraelectronvoltio), es decir, de 10 11 a 10 14 electronvoltios . [1] Esto es aproximadamente igual a longitudes de onda entre 10 −17 y 10 −20 metros, o frecuencias de 2 × 10 25 a 2 × 10 28 Hz. Dichos niveles de energía se han detectado a partir de emisiones de fuentes astronómicas como algunos sistemas estelares binarios que contienen un objeto compacto . [1] Por ejemplo, la radiación emitida por Cygnus X-3 se ha medido en rangos de GeV a niveles de exa electronvoltio . [1] Otras fuentes astronómicas incluyen BL Lacertae , [2] 3C 66A [3] Markarian 421 y Markarian 501 . [4] Existen otras fuentes que no están asociadas con cuerpos conocidos. Por ejemplo, el catálogo HESS contenía 64 fuentes en noviembre de 2011. [5]
Los instrumentos para detectar esta radiación miden comúnmente la radiación Cherenkov producida por partículas secundarias generadas a partir de un fotón energético que ingresa a la atmósfera de la Tierra. [3] Este método se llama técnica de imágenes atmosféricas Cherenkov o IACT . Un fotón de alta energía produce un cono de luz confinado a 1° de la dirección original del fotón. Aproximadamente 10 000 m2 de la superficie de la Tierra están iluminados por cada cono de luz. Se puede detectar un flujo de 10 −7 fotones por metro cuadrado por segundo con la tecnología actual, siempre que la energía sea superior a 0,1 TeV. [3] Los instrumentos incluyen el Cherenkov Telescope Array planeado , GT-48 en Crimea, MAGIC en La Palma , High Energy Stereoscopic System (HESS) en Namibia [6] VERITAS [7] y Chicago Air Shower Array que cerró en 2001. Los rayos cósmicos también producen destellos de luz similares, pero se pueden distinguir según la forma del destello de luz. Además, tener más de un telescopio observando simultáneamente el mismo punto puede ayudar a excluir los rayos cósmicos. [8] Se pueden detectar extensas lluvias de partículas en el aire para rayos gamma por encima de 100 TeV. Se pueden utilizar detectores de centelleo de agua o conjuntos densos de detectores de partículas para detectar estas lluvias de partículas. [8]
Las lluvias de partículas elementales producidas por rayos gamma también se pueden distinguir de las producidas por rayos cósmicos por la profundidad máxima de la lluvia mucho mayor y la cantidad mucho menor de muones . [7]
Los rayos gamma de muy alta energía tienen una energía demasiado baja para mostrar el efecto Landau-Pomeranchuk-Migdal . Solo los campos magnéticos perpendiculares a la trayectoria del fotón provocan la producción de pares, de modo que los fotones que llegan en paralelo a las líneas del campo geomagnético pueden sobrevivir intactos hasta que se encuentran con la atmósfera. Estos fotones que pasan a través de la ventana magnética pueden generar una lluvia de rayos Landau-Pomeranchuk-Migdal. [9]
Los rayos gamma de muy alta energía son importantes porque pueden revelar la fuente de los rayos cósmicos . Viajan en línea recta (en el espacio-tiempo) desde su fuente hasta un observador. Esto es diferente de los rayos cósmicos, cuya dirección de viaje está alterada por los campos magnéticos. Las fuentes que producen rayos cósmicos casi con certeza también producirán rayos gamma, ya que las partículas de rayos cósmicos interactúan con núcleos o electrones para producir fotones o piones neutros que a su vez se desintegran en fotones de energía ultraalta . [8]
La relación entre los hadrones de rayos cósmicos primarios y los rayos gamma también proporciona una pista sobre el origen de los rayos cósmicos. Aunque los rayos gamma podrían producirse cerca de la fuente de rayos cósmicos, también podrían producirse por interacciones con el fondo cósmico de microondas a través del límite de corte de Greisen-Zatsepin-Kuzmin por encima de 50 EeV. [9]
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