Acelerador de partículas natural descubierto sobre las nubes de tormenta

Ciencia Kanija
15/04/10

Duende formado durante una intensa tormenta (Crédito: Oscar van der Velde, Universidad de Cataluña, España y Serge Soula, Laboratorio de Aerología en Francia)

Un investigador de rayos de la Universidad de Bath ha descubierto que durante las tormentas, pueden formarse gigantescos aceleradores de partículas a 40 kilómetros sobre la superficie de la Tierra.

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El Dr. Martin Füllekrug del Departamento de Ingeniería Electrónica y Eléctrica de la Universidad de Bath presentó su nuevo trabajo el 14 de abril en la Reunión Astronómica Nacional de la Real Sociedad Astronómica (RAS NAM 2010) en Glasgow.

Sus hallazgos demuestran que, cuando una intensa descarga de rayos coincide con partículas de alta energía procedentes del espacio (rayos cósmicos), la naturaleza proporciona las condiciones adecuadas para formar un acelerador de partículas gigante sobre las nubes de tormenta.

Los rayos cósmicos arrancan electrones de las moléculas de aire y estos electrones son acelerados hacia arriba por el campo eléctrico de la descarga del rayo. Los electrones libres y el campo eléctrico del rayo forman entonces un acelerador de partículas natural.

Los electrones acelerados desarrollan entonces un estrecho chorro de partículas que puede propagarse desde el nivel más bajo de la atmósfera (la troposfera), a través de la atmósfera media y hacia el espacio cercano a la Tierra, donde los energéticos electrones son atrapados en los cinturones de radiación de la Tierra y pueden finalmente provocar problemas a los satélites orbitales.

Estos son eventos energéticos y durante apenas un parpadeo, la energía del rayo de electrones puede ser tan grande como la de una pequeña planta de energía nuclear.

El Dr. Füllekrug explica que: “El truco para determinar la altura de uno de los aceleradores de partículas naturales es usar las ondas de radio emitidas por el chorro de partículas”.

Estas ondas de radio se predijeron por parte de su colaborador, el Dr. Robert Roussel-Dupré usando simulaciones por ordenador en la instalación de supercomputación del Laboratorio Nacional de Los Álamos.

Un equipo de científicos europeos, desde Dinamarca, Francia, España y el Reino Unido, ayudaron a detectar las intensas descargas de rayos en el sur de Francia que conformaron el acelerador de partículas.

Monitorizaron el área por encima de las nubes de tormenta con cámaras de video e informaron de descargas eléctricas que eran lo bastante fuertes para producir luminiscencias nocturnas transitorias sobre las nubes de tormenta, conocidos como ‘duendes’ (sprites). Se encontró que una pequeña fracción de estos duendes coincidía con los rayos de partículas.

La zona por encima de las nubes de tormenta ha sido sospechosa de ser un acelerador de partículas natural desde que el físico escocés y ganador del Premio Nobel Charles Thomson Rees Wilson especuló sobre las descargas eléctricas en estas tormentas en 1925.

En los próximos años cinco distintas misiones espaciales planificadas (satélites TARANIS, ASIM, CHIBIS, IBUKI y FIREFLY) serán capaces de medir los rayos de partículas energéticas de forma directa.

El Dr. Füllekrug comenta que: “Es intrigante ver que la naturaleza crea aceleradores de partículas a pocos kilómetros sobre nuestras cabezas. Una vez que estas nuevas misiones los estudien en mayor detalle desde el espacio, deberíamos ser capaces de tener una idea mucho mejor de cómo funcionan en realidad. Proporcionan un ejemplo fascinante de interacción entre la Tierra y el Universo”.