El posible origen del rayo cósmico ultraenergético que desconcierta a los científicos

Amaterasu el ultraenergetico rayo cosmico de origen desconocido

Los indicadores apuntan al vacío local como origen de Amaterasu, el rayo cósmico ultraenergético que desconcierta a los científicos

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Recreación de Gaia observando la Vía Láctea. Nuestra galaxia se ubica en un ‘hueco’ del cosmos que llamamos Vacío Local en el que se ha localizado la procedencia de Amaterasu. ESA/ATG medialab; A. Moitinho., CC BY
Óscar del Barco Novillo, Universidad de Murcia

Una rayo cósmico ultraenergético, al que han bautizado como Amaterasu, ha conmocionado a la comunidad científica internacional.

Los detectores apuntan al vacío local como origen de esta partícula cuya naturaleza tampoco se conoce. Pero el vacío local está… ¡vacío! No hay ningún objeto astrofísico ni tampoco ningún evento astronómico localizado que pudiera generar una rayo cósmico de la desmesurada potencia de Amaterasu.

El enigma ha dado la vuelta al mundo.

La partícula Oh My God (¡Oh, Dios mío!)

Nos remontamos al año 1991. El experimento Fly’s Eye de la Universidad de Utah (Estados Unidos) detectó entonces el rayo cósmico más energético jamás observado. Lo llamaron Oh-My-GodOh dios mío!). La increíble energía que portaba esta partícula sorprendió a los científicos: nada conocido en nuestra galaxia podía producir tal evento.

Tres décadas después han detectado la segunda partícula cósmica más energética. La han llamado Amaterasu, en honor a la diosa del Sol y del universo en la mitología japonesa.

Amaterasu fue observada en su rápido tránsito por la atmósfera terrestre el 27 de mayo de 2021 por el detector de rayos cósmicos de superficie Telescope Array en Utah. El hallazgo ha sido publicado en la revista Science.

Un millón de veces más energética que las que generan los aceleradores de partículas

Para hacernos una idea de su potencia, Amaterasu porta una energía un millón de veces superior a la que puede generar cualquier acelerador de partículas avanzado (como, por ejemplo, el Gran colisionador de hadrones del CERN).

El efecto de una única partícula como ésta (cuyos tamaños son del orden atómico o subatómico) sería el equivalente a la caída de un ladrillo sobre nuestro pie desde la altura de nuestra cintura.

Sin embargo, lo más sorprendente de este nuevo descubrimiento es el origen desconocido de Amaterasu: no se conoce ni el tipo de partícula cósmica al que pertenece ni la fuente de la cual proviene.

Pero ¿qué es un rayo cósmico?

Partículas cargadas viajando por el cosmos

Los rayos cósmicos son partículas atómicas o subatómicas que caen sobre la Tierra a un ritmo casi constante, y provienen del exterior de nuestra atmósfera.

Esencialmente son partículas cargadas con un amplio elenco de energías y su origen siempre es conocido: protones, electrones o núcleos atómicos viajando a velocidades vertiginosas (los más energéticos, incluso a velocidades cercanas a la de la luz).

Las partículas cósmicas como Oh-My-God o Amaterasu atraviesan el espacio intergaláctico casi sin desviarse. Por eso, a priori, siempre es posible localizar la región del cosmos donde se generaron.

Tienen relación con los eventos astrofísicos más violentos del cosmos tales como explosiones de supernovas, colisiones de galaxias o emisiones energéticas de agujeros negros. Pero no todos los rayos cósmicos son de naturaleza extremadamente energética como Amaterasu.

El origen de las auroras boreales

Las partículas de menor energía son generadas por estrellas como nuestro Sol. Así, por ejemplo, durante una erupción solar muchas de estas partículas alcanzan nuestro planeta y son atrapadas por la potente magnetosfera terrestre, dirigiéndose hacia los polos magnéticos: se forman entonces las hermosas auroras boreales/australes.

Eventualmente, las partículas más energéticas escapan del campo magnético terrestre y golpean nuestra atmósfera. ¿Qué sucede entonces?

Una lluvia de partículas secundarias cayendo sobre nosotros

Los rayos cósmicos más energéticos alcanzan la atmósfera superior, destruyen núcleos de oxígeno y nitrógeno, y generan innumerables partículas secundarias. Estas viajan una breve distancia antes de chocar contra más átomos atmosféricos y repetir el proceso, formando una lluvia imperceptible de rayos cósmicos: miles de millones de partículas que se dispersan hacia la superficie terrestre.

Entre estas partículas secundarias encontramos protones y neutrones (pertenecientes al grupo de los hadrones) o fotones gamma (los cuáles, a vez, se descomponen en electrones y positrones).

Para percibir la huella de esta amalgama de partículas secundarias hace falta un gran número de detectores capaces de cubrir extensas áreas de superficie. Estos detectores proporcionan información a los investigadores sobre la trayectoria y energía de la partícula cósmica primaria.

Como se detectó Amaterasu

El detector de superficie de rayos cósmicos Telescope Array, responsable de la observación de Amaterasu, consta de 507 estaciones detectoras dispuestas en una cuadrícula que cubre un área de 700 kilómetros cuadrados.

Así, el número de detectores alcanzados por la lluvia secundaria y la intensidad de las señales está relacionado con la energía del rayo cósmico inicial. Como dato significativo, el evento Amaterasu activó 23 detectores a lo largo de 48 kilómetros cuadrados.

Cada dispositivo de detección está alojado en contenedores de metal del tamaño de una mesa de ping-pong. En su interior, unas láminas de material acrílico contienen moléculas centelleantes que emiten luz ultravioleta cuando interaccionan con las partículas de la lluvia secundaria.

Esta luz ultravioleta se dirige mediante fibras ópticas hacia un tubo fotomultiplicador que la convierte en una señal eléctrica. Se ilumina entonces un piloto indicando la detección de una partícula secundaria.

Cada dispositivo de centelleo funciona de forma independiente mediante un panel solar y una batería, con un eficiencia superior al 99 %.

El Vacío Local como origen de Amaterasu

De Amaterasu, la diosa del sol, no se ha podido identificar ni su origen ni su naturaleza. Se desconoce la fuente de la que proviene.

Siguiendo la dirección del rayo, Amaterasu procede de un espacio cósmico donde no hay nada, el Vacío Local, un área desierta del espacio en el borde la Vía Láctea. No hay ningún objeto astrofísico ni tampoco ningún evento astronómico localizado en el origen de Amaterasu que señalan los detectores. Se desconoce el alcance exacto del Vacío Local, pero es de al menos 150 millones de años luz de diámetro y puede tener una dimensión en profundidad de 230 millones de años luz.

También es incierta la naturaleza de esta partícula ultraenergética. Posiblemente se trate de un protón o un núcleo pesado, aunque los investigadores dejan abierta otra opción menos convencional basada en otras partículas más exóticas, fuera del modelo estándar (el cual describe con gran precisión la estructura fundamental de la materia).

Sólo el tiempo nos permitirá conocer el verdadero origen y procedencia de esta singular partícula cósmica altamente energética: “la gran divinidad que ilumina el cielo”, Amaterasu.The Conversation

Óscar del Barco Novillo, Profesor asociado. Departamento de Física (área de Óptica)., Universidad de Murcia

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.