Una supernova cercana demuestra que los remanentes estelares pueden acelerar rayos cósmicos hasta energías extremas
Los astrónomos siempre han sospechado que las explosiones de estrellas podían actuar como gigantescos aceleradores naturales de partículas. Ahora, el estudio de una supernova cercana aporta una de las pruebas más sólidas hasta la fecha de que sus remanentes son capaces de impulsar rayos cósmicos hasta energías extremas, cercanas al límite teórico previsto por la física.
Por Enrique Coperías, periodista científico
La nebulosa Medusa (IC 443), un remanente de supernova situado a unos 5.000 años luz de la Tierra, muestra la huella de una explosión estelar ocurrida hace miles de años. Nuevas observaciones sugieren que sus ondas de choque están acelerando protones hasta energías extremas, convirtiéndola en uno de los candidatos más sólidos para explicar el origen de los rayos cósmicos galácticos.
Los rayos cósmicos forman parte del listado de los grandes enigmas de la astrofísica sin resolver. Sabemos que son partículas subatómicas —principalmente protones— que viajan por el espacio a velocidades cercanas a la de la luz y que bombardean constantemente la Tierra.
Sin embargo, una pregunta fundamental ha levantado dolor de cabeza durante décadas entre los científicos: ¿dónde se aceleran estos rayos hasta alcanzar energías tan colosales?
Ahora, un equipo internacional de investigadores del observatorio chino de rayos gamma y rayos cósmicos LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) ha encontrado una de las evidencias más convincentes hasta la fecha de que los restos de estrellas muertas pueden desempeñar ese papel.
Qué son los PeVatrones y por qué los astrónomos los buscan
Sus observaciones del remanente de supernova IC 443 indican que esta estructura es capaz de acelerar partículas hasta energías de al menos 300 teraelectronvoltios (TeV), y las llevan casi hasta al territorio de los llamados PeVatrones, las fábricas cósmicas capaces de generar partículas con energías del orden del petaelectronvoltio. Se trata de una unidad de energía usada en física de partículas que equivale a 1.000 billones de electronvoltios (10¹⁵ eV).
El descubrimiento supone un importante paso adelante en la resolución de un misterio que ha intrigado a generaciones de astrónomos.
La búsqueda de los aceleradores cósmicos
Cuando una estrella masiva agota su combustible nuclear, puede explotar como una supernova. La onda de choque resultante se expande por el espacio durante miles de años, comprimiendo y calentando el gas interestelar. Desde hace décadas, los científicos sospechan que estos frentes de choque actúan como gigantescos aceleradores naturales de partículas.
La teoría parece sólida. Sin embargo, demostrar de forma observacional que una supernova puede impulsar protones hasta energías cercanas a la llamada rodilla del espectro de rayos cósmicos (knee, en inglés)—situado en varios petaelectronvoltios— ha resultado extraordinariamente difícil. Recordemos que cuando los astrónomos representan cuántos rayos cósmicos llegan a la Tierra en función de su energía, la curva desciende suavemente... hasta que, alrededor de los 3 a 5 petaelectronvoltios (PeV), aparece una especie de quiebro o rodilla. A partir de ese punto, el número de partículas cae mucho más rápidamente.
Los PeVatrones galácticos, capaces de producir las partículas más energéticas de nuestra galaxia, siguen siendo más escurridizos que una anguila. Aunque numerosos remanentes de supernova producen rayos gamma de alta energía, no siempre es sencillo determinar si estas emisiones proceden de protones acelerados o de electrones extremadamente energéticos.
La clave consiste en identificar una firma inequívoca de procesos hadrónicos, es decir, aquellos en los que intervienen protones y núcleos atómicos. IC 443 es uno de los mejores candidatos conocidos para ello.
Mapas obtenidos por LHAASO de la región del remanente de supernova IC 443. Los datos revelan dos fuentes diferenciadas de emisión de rayos gamma de muy alta energía: una compacta (C0), asociada a la interacción de la onda de choque con nubes moleculares, y otra más extensa (C1), cuyo origen aún se investiga. El hallazgo refuerza la idea de que los remanentes de supernova pueden actuar como aceleradores naturales de partículas capaces de generar rayos cósmicos de energías extremas. Cortesía: Ensheng Chen et al
Una reliquia explosiva en la constelación de Géminis
El IC 443, también conocida como la nebulosa Medusa, se encuentra a unos 5.000 años luz de la Tierra, en dirección a la constelación de Géminis. Se trata de un remanente de supernova de edad intermedia, con entre 3.000 y 30.000 años de antigüedad.
Lo que hace especialmente interesante a este objeto es que la onda de choque de la explosión está interactuando con densas nubes moleculares. Cuando protones superenergéticos chocan contra estas enormes acumulaciones de gas, producen partículas inestables llamadas piones neutros, que se desintegran casi de forma instantánea y generan rayos gamma.
Precisamente esa firma había sido detectada con anterioridad por el telescopio espacial Fermi, lo que convirtió a IC 443 en uno de los ejemplos más sólidos de aceleración hadrónica de rayos cósmicos dentro de la Vía Láctea.
Pero quedaba una cuestión esencial por resolver: ¿hasta qué energía máxima podían acelerarse esas partículas?
El ojo gigante de LHAASO
Para responder a esta pregunta, los científicos recurrieron al citado LHAASO. Situado a 4.410 metros sobre el nivel del mar, en las montañas de Sichuan (China), este gigantesco complejo experimental está diseñado para detectar rayos gamma de muy alta energía mediante la observación de las cascadas de partículas que producen al atravesar la atmósfera terrestre.
Entre 2021 y 2024, LHAASO acumuló más de tres años de observaciones de la región donde se encuentra IC 443. El análisis reveló algo inesperado: la emisión gamma no procede de una única fuente, sino de dos componentes diferentes:
✅ La primera aparece como una fuente compacta situada exactamente donde los astrónomos esperaban encontrar la interacción más intensa entre la onda de choque y las nubes moleculares.
✅ La segunda es una región mucho más extensa cuya naturaleza sigue siendo incierta.
➡️ «Los datos muestran claramente que la emisión total puede descomponerse en una fuente puntual y otra extendida», explican los autores del estudio, que ha sidio publicado en la revista Physical Review Letters.
La fuente compacta resultó ser la pieza clave del rompecabezas.
Una aceleración que desafía los modelos clásicos
Los investigadores descubrieron que el espectro de rayos gamma de esta fuente puntual se prolonga más allá de los 30 TeV sin mostrar ningún corte evidente.
Puede parecer un detalle técnico, pero tiene una enorme importancia. Cuanto más lejos se extiende el espectro gamma, mayor debe ser la energía de las partículas que lo generan.
Mediante modelos físicos que reconstruyen el origen de estos fotones de alta energía, el equipo calculó que los protones responsables de la emisión deben alcanzar energías de al menos 300 TeV. Se trata de un límite inferior estadísticamente robusto: las partículas podrían estar alcanzando energías incluso superiores.
«La ausencia de un corte significativo en el espectro nos permite establecer un límite inferior de aproximadamente 300 TeV para los protones acelerados», señala el autor principal del estudio, el físico Zhen Cao, del Instituto de Física de Altas Energías, en la Academia China de Ciencias.
La cifra es impresionante. Equivale a cientos de billones de electronvoltios y sitúa a IC 443 entre los aceleradores naturales más potentes conocidos dentro de nuestra galaxia.
Aunque todavía no alcanza el umbral clásico de un auténtico PeVatrón, el remanente entra de lleno en la categoría de acelerador sub-PeV, una región energética donde muy pocos objetos han demostrado capacidades semejantes.
La vieja teoría que sale reforzada
La hipótesis de que las supernovas son las principales responsables de los rayos cósmicos galácticos nació hace casi un siglo. Desde entonces, numerosos indicios la han respaldado, pero las pruebas directas de aceleración extrema han sido escasas.
El nuevo trabajo aporta una evidencia especialmente sólida, porque conecta observaciones realizadas por distintos instrumentos a lo largo de un amplio rango energético. Los datos obtenidos por LHAASO encajan como un guante con las mediciones previas realizadas por el telescopio espacial Fermi, creando una imagen coherente del fenómeno.
Según los autores, el conjunto de observaciones demuestra que la emisión observada puede explicarse mediante protones acelerados por la onda de choque de la supernova que luego interactúan con el gas circundante.
En otras palabras, estamos observando en directo uno de los mecanismos que probablemente abastecen de rayos cósmicos a toda la Vía Láctea.
Un desafío para la física de los choques
Sin embargo, el descubrimiento plantea nuevas preguntas.
Los modelos más sencillos de aceleración difusiva en ondas de choque suelen predecir energías máximas del orden de unas pocas decenas de TeV. Alcanzar los 300 TeV requiere procesos adicionales capaces de aumentar enormemente la eficiencia del acelerador cósmico.
➡️ «Este límite de aceleración desafía las predicciones tradicionales y puede implicar amplificación magnética, generación de turbulencia o efectos no lineales durante la evolución del choque», escriben los investigadores.
En términos sencillos, la naturaleza parece ser más eficiente acelerando partículas de lo que muchos modelos teóricos habían previsto.
Algunos físicos creen que las ondas de choque de las supernovas pueden amplificar intensamente los campos magnéticos de su entorno, creando de este modo condiciones ideales para impulsar protones hasta energías extraordinarias. Otros apuntan a complejos procesos de retroalimentación entre las propias partículas aceleradas y el plasma circundante.
Sea cual sea la explicación definitiva, IC 443 se ha convertido en un laboratorio excepcional para poner a prueba estas teorías.
El misterio de una segunda fuente
La segunda fuente descubierta por LHAASO añade aún más interés a la historia.
Se trata de una región mucho más extensa que podría estar relacionada con el propio IC 443, con otro remanente de supernova cercano denominado G189.6+3.3 o incluso con una nebulosa de viento de púlsar o plerión presente en la zona.
Los datos muestran que esta emisión también implica partículas aceleradas hasta cientos de TeV, pero los científicos todavía no pueden determinar con certeza si el mecanismo dominante involucra protones o electrones.
Si procede del mismo remanente de supernova, podría estar revelando cómo los rayos cósmicos escapan gradualmente de la región donde fueron acelerados y comienzan a difundirse por el medio interestelar.
➡️ «En la actualidad resulta difícil determinar qué escenario explica mejor los datos», reconocen los autores, que reclaman nuevas observaciones en diferentes longitudes de onda para resolver el enigma.
La nebulosa del Cangrejo, uno de los pleriones más estudiados del cielo, es el remanente de una supernova observada en el año 1054. En su interior, un púlsar gira decenas de veces por segundo e inyecta energía al gas circundante, convirtiéndola en un laboratorio natural para investigar la aceleración de partículas y los fenómenos más extremos de nuestra galaxia. Cortesía: NASA, ESA, J. Hester and A. Loll (Arizona State University)
Más cerca del origen de los rayos cósmicos
Durante décadas, los astrónomos han perseguido las fuentes capaces de generar las partículas más energéticas de nuestra galaxia. Los resultados obtenidos por LHAASO convierten a IC 443 en uno de los candidatos más sólidos encontrados hasta ahora.
La conclusión del trabajo es contundente: las observaciones proporcionan pruebas convincentes de que las ondas de choque producidas por una supernova pueden acelerar protones hasta energías sub-PeV.
Puede que el misterio de los rayos cósmicos todavía no esté completamente resuelto. Pero la vieja Nebulosa Medusa, nacida de una explosión estelar ocurrida hace miles de años, acaba de proporcionar una de las pistas más importantes de los últimos tiempos.
Y con ella, los astrónomos están un paso más cerca de comprender cómo nuestra galaxia fabrica algunas de las partículas más energéticas del universo.▪️(31-mayo-2026)
PREGUNTAS & RESPUESTAS: Rayos Cósmicos y LHAASO
⚡️ ¿Qué son los rayos cósmicos?
Son partículas subatómicas de alta energía que viajan por el espacio y llegan continuamente a la Tierra.
⚡️ ¿Qué es un remanente de supernova?
Es la estructura formada por los restos de una estrella que explotó como supernova y por la onda de choque generada durante la explosión.
⚡️ ¿Qué es IC 443?
IC 443 es un remanente de supernova situado a unos 5.000 años luz de distancia en la constelación de Géminis.
⚡️ ¿Qué ha descubierto LHAASO?
Ha encontrado pruebas de que IC 443 acelera protones hasta al menos 300 teraelectronvoltios.
⚡️ ¿Por qué es importante este hallazgo?
Porque aporta una de las evidencias más sólidas de que las supernovas son una fuente importante de rayos cósmicos galácticos.
⚡️ ¿Qué significa 300 TeV?
Equivale a 300 billones de electronvoltios, una energía millones de veces superior a la alcanzada por las partículas producidas en procesos químicos ordinarios.
Fuente: Zhen Cao, F. Aharonian, Y. X. Bai, Y. W. Bao, D. Bastieri, X. J. Bi, Y. J. Bi, W. Bian, A. V. Bukevich et al. (LHAASO Collaboration). Evidence of Cosmic-Ray Acceleration up to Sub-PeV Energies in the Supernova Remnant IC 443. Physical Review Letters (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/pxn6-qzhz
