Ciencia hoy

Rayos cósmicos: cascadas de energía

  • La Universidad de Granada colabora en una importante investigación que tiene como objetivo descubrir qué son, de dónde vienen y cómo se producen los rayos cósmicos

Apenas se sabe nada de ellos. Sólo que la Humanidad lleva toda su historia rodeada de radiaciones. Los rayos cósmicos siguen siendo un fenómeno absolutamente intrigante; nada se sabe sobre qué son, de dónde provienen y cómo son capaces de alcanzar tan altas energías. Un equipo internacional formado por 17 universidades, entre ellas la de Granada, trata ahora de desvelar todos sus secretos. El principal, de dónde vienen.

La denominada Colaboración Pierre Auger, con sede en Argentina, ha concluido en un reciente estudio que, en contra de lo que se venía pensando, los rayos cósmicos no llegan a la superficie de manera uniforme desde todo el cielo, sino que los más energéticos lo hacen desde unas direcciones privilegiadas de llegada. Eso significaría que provienen de un sitio en concreto. "Hay una correlación o coincidencia entre cierto tipos de objetos astronómicos y de dónde llegan los rayos cósmicos más energéticos".

La importante investigación del grupo ha demostrado que existe una anisotropía en las direcciones de llegada de las partículas más energéticas jamás detectadas, que se correlaciona con zonas en las que hay galaxias con núcleos activos en su parte central, a distancias relativamente próximas. "Se vio que la dirección de llegada de los rayos cósmicos más energéticos coincide con las direcciones en el cielo de AGN: una galaxia que en su núcleo tiene un agujero negro supermasivo"

Así lo afirma Antonio Bueno, coordinador del equipo granadino, quien explica que siempre se ha dicho que este fenómeno, que llega con velocidades muy cercanas a las de la luz a la atmósfera terrestre, produciendo una cascada de partículas que son las que estudia la investigación, proviene de "objetos violentos del cosmos". La total ignorancia respecto a este fenómeno equivale al número de hipótesis que existen respecto al origen de los rayos cósmicos. "Siempre se ha pensado", explica Bueno, que provenían de los objetos más violentos que hay en el universo, las supernovas -o explosión de una estrella- o de objetos raros como los microcuásares, agujeros negros que absorben materia pero que eyectan también chorros de materia".

La primera vez que alguien habló de los rayos cósmicos fue en 1912. Un físico alemán llamado Victor F. Hess se dio cuenta de que la tierra emitía radiación. Pensó: puesto que la tierra emite energía, cuanto más suba más difusa será tal emisión. Montó para comprobarlo en un globo aerostático y para su sorpresa sucedía todo lo contrario. Cuanto más subía, más fuerte era la radiación.

Gracias a tal descubrimiento, se supo que la radiación provenía del cielo. El observatorio Pierre Auger mira ahora continuamente hacia él. Se trata del detector de rayos cósmicos más grande del mundo, más grande incluso que París, con 3.000 kilómetros cuadrados de superficie y situado en Argentina porque posee las mejores condiciones de visibilidad.

Bueno aclara la técnica que utiliza el grupo de investigación: "Es una técnica híbrida de detección que usa dos métodos distintos. En el observatorio hay 1.600 detectores, tanques de agua que observan la luz azul, conocida como luz de Cherenkov, que irradian las partículas que caen al desintegrarse en el choque con la atmósfera un rayo cósmico". Además, hay 24 telescopios ópticos rodeando los tanques que, en noches de luna nueva, intentan ver la fluorescencia, la luz que produce un rayo cósmico cuando interacciona con el nitrógeno de la atmósfera. "Esa luz es tan tenue que sólo el 10 por ciento del tiempo se puede ver, puesto que la luz de la luna lo dificulta". Eso quiere decir que, de 365 días que tiene el año, el grupo sólo puede ver las partículas a través de los telescopios 36 días.

Lo siguiente de un estudio, que ha sido considerado por Science como uno de los mayores hitos del pasado año, es comprobar si realmente proceden de un único lugar. "Hay que acumular más sucesos de este tipo para poder decidir si los rayos cósmicos están producidos por núcleos activos de galaxias". Se necesita tiempo para acumular estadística, precisa el científico granadino. "Nuestro experimento demuestra que hay una correlación entre esas galaxias y los rayos" pero no es la última palabra, advierte el científico. "Puede haber otros objetos en el universo con la misma distribución en el cielo que los AGN y no los conocemos".

Los Núcleos Galácticos Activos (AGN, de su denominación en inglés) son de los objetos más violentos del Universo. Hace ya tiempo que se habla de su posible vinculación con la producción de partículas de altas energías. Los científicos piensan que la mayoría de las galaxias tienen agujeros negros en su centro, con una masa entre un millón y unos cuantos miles de millones veces la masa del sol. El de la Vía Láctea, nuestra galaxia, tiene alrededor de 3 millones de masas solares. Las galaxias con el núcleo activo parecen ser aquellas que han sufrido alguna colisión con alguna otra galaxia o han sufrido alguna perturbación importante en los últimos cientos de millones de años. Los AGN capturan la masa que cae por su campo gravitatorio mientras que libera unas cantidades de energía prodigiosas, en forma de chorro de partículas. El resultado de Auger indica que los AGN pueden producir las partículas más energéticas del Universo.

Pero no sólo el origen de los rayos cósmicos. El equipo podría llegar al origen de todo. "Lo que intentamos", subraya Antonio Bueno, "es echar el reloj hacia atrás para ver de dónde surgió todo. Cada vez que te mueves a escalas de energías más altas es como si echaras el reloj para atrás. Al tiempo más cercano a t=0 segundos". Esto es así porque "esa partícula que llega a la tierra, la que se detecta, como se creo a miles de años luz de distancia, quiere decir que salió de su fuente hace miles de millones de años. Vemos lo que ocurrió no hoy, sino hace muchísimo. Miras atrás en el tiempo de forma que cuanto más lejos te vas, más cerca de la gran explosión llegas".

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