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Un rayo cósmico raro y extremadamente energético tiene orígenes misteriosos

Un rayo cósmico raro y extremadamente energético tiene orígenes misteriosos

Bakú, 25 de noviembre, AZERTAC

La partícula "Oh-Mi-Dios" tiene un nuevo compañero. En 1991, los físicos detectaron una partícula procedente del espacio que se estrelló contra la Tierra con tanta energía que mereció un "¡OMG!". Con 320 quintillones de electronvoltios, o exaelectronvoltios, tenía la energía cinética de una pelota de béisbol a unos 100 kilómetros por hora.

Ahora se ha descubierto una nueva partícula de energía comparable, según informan los investigadores en Science del 24 de noviembre. Detectada en 2021 por el experimento Telescope Array cerca de Delta, Utah, la partícula tenía una energía de unos 240 exaelectronvoltios. Y misteriosamente, los científicos son incapaces de señalar ninguna fuente cósmica para la partícula.

"Es una cantidad enorme de energía, pero en un objeto diminuto, diminuto, diminuto", afirma el físico de astropartículas John Matthews, de la Universidad de Utah en Salt Lake City, coportavoz de la colaboración Telescope Array.

Los rayos cósmicos están formados por protones y núcleos atómicos que atraviesan el espacio con energías muy diversas. Las partículas con energías superiores a 100 exaelectronvoltios son extremadamente raras: los científicos calculan que, por término medio, una partícula de este tipo cae sobre un kilómetro cuadrado de la superficie terrestre cada siglo. Y las partículas de más de 200 exaelectronvoltios son aún más raras: sólo se han detectado unas pocas.

Cuando un rayo cósmico golpea la Tierra, choca con el núcleo de un átomo en la atmósfera, creando una cascada de otras partículas que pueden detectarse en la superficie terrestre.

Para captar las partículas más raras y de mayor energía, los científicos construyen gigantescos conjuntos de detectores. El Telescope Array vigila un área de 700 kilómetros cuadrados utilizando más de 500 detectores fabricados con centelleadores de plástico, material que emite luz cuando es golpeado por una partícula cargada. Otros detectores miden la luz ultravioleta producida en el cielo por la lluvia de partículas (aunque esos detectores no estaban operativos durante la llegada de la partícula de la que se acaba de informar). A partir de los momentos en que los detectores de centelleo individuales fueron alcanzados por la cascada de partículas, los científicos pueden determinar la dirección del rayo cósmico entrante y utilizar esa información para rastrearlo hasta sus orígenes.

Los rayos cósmicos de muy alta energía proceden del exterior de la Vía Láctea, pero se desconoce su origen exacto. La mayoría de los científicos creen que se aceleran en entornos cósmicos violentos, como los chorros de radiación que salen de las zonas que rodean ciertos agujeros negros supermasivos, o las galaxias con brotes estelares que forman estrellas a un ritmo frenético.

Sea cual sea su origen, las partículas deben proceder de un vecindario cósmico relativamente cercano. Esto se debe a que los rayos cósmicos de mayor energía pierden energía en su recorrido al interactuar con el fondo cósmico de microondas, el resplandor del Big Bang.

Rastrear la ubicación de la partícula es complicado. "El problema es que, cuando se detecta un rayo cósmico de alta energía en la Tierra, la dirección de llegada que se obtiene no apunta a la fuente porque se desvía por... cualquier campo magnético que se encuentre en el camino", explica Noémie Globus, colaboradora del Telescope Array y física de astropartículas de la Universidad de California en Santa Cruz y del instituto de investigación RIKEN de Japón.

Los campos magnéticos presentes en la Vía Láctea y sus alrededores dispersan los rayos cósmicos como la niebla dispersa la luz. Para rastrear la partícula hasta su origen, los científicos deben tener en cuenta esa dispersión. Pero ese rastreo ha permitido localizar un vacío cósmico, una región del espacio con pocas galaxias, y menos aún con procesos violentos.

Esto hace que esta partícula sea especialmente interesante, afirma la astrofísica Vasiliki Pavlidou, de la Universidad de Creta en Heraklion (Grecia). "En realidad apunta hacia la nada, absolutamente en medio de la nada".

Esto podría indicar que a los científicos les falta algo. Por ejemplo, puede que los investigadores necesiten comprender mejor los campos magnéticos de la galaxia, dice Pavlidou, que no participó en la investigación.

"Cada vez que tienes uno de estos eventos de muy alta energía, sólo porque son tan raros, es un gran problema".

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