Sobre la pista de los rayos cósmicos

Jeremy Hsu
Space.com
Traducido por Ciencia Kanija
04/02/08

El misterioso origen de los rayos cósmicos que golpean la atmósfera de la Tierra podría revelarse pronto, gracias a un mejor sensor terrestre con un coste menor que globos o satélites.

Se piensa que los rayos cósmicos provienen del centro de la galaxia o una supernova cercana, y saber la verdad ayudará a los astrofísicos a dibujar una imagen más precisa del cosmos.

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“Los rayos cósmicos no son un fenómeno pasivo en la galaxia – desempeñan un papel en la dinámica galáctica”, dijo Scott Wakely, físico de la Universidad de Chicago. “Para comprender por completo la galaxia, necesitas comprender los rayos cósmicos”.

Tal comprensión depende de instrumentos espaciales y terrestres. Los satélites y globos detectan primer un destello azul – conocido como radiación de Cerenkov — cuando los rayos cósmicos impactan en la atmósfera superior y liberan energía.

Las partículas de rayos cósmicos se rompen entonces en una lluvia de trozos menores y producen un segundo destello azul. Los sensores de tierra normalmente sólo detectan este segundo destello.

Decenas de miles de partículas pueden bombardear un área del tamaño de un pequeño aparcamiento cada día en la Tierra, mientras que las partículas de alta energía golpean menos de una vez al año en la misma área. Los satélites y globos hacen un mejor trabajo de detección subiendo en la atmósfera, pero sólo pueden cubrir una pequeña área.

“Un satélite de 400 millones de dólares apenas recupera un par de partículas por año, y queremos cientos de miles”, dijo Wakely a SPACE.com. “Se buscan nuevas formas de conseguir esto”.

Wakely se propuso junto a su colega Simon Swordy, físico de la Universidad de Chicago, crear un instrumento en tierra que pudiese detectar tanto el primer como el segundo destello azul. El instrumento tendrá aproximadamente 10 veces más resolución y potencia que los actuales detectores de tierra.

Los científicos pueden usar información de ambos destellos azules para identificar una partícula como un cierto elemento y tal vez su origen. Por ejemplo, algunos elementos provendrán con mayor probabilidad del feroz estallido de una supernova.

“Podemos decir si era hierro o si era uranio”, apunta Wakely. “Esos son el tipo de datos que necesitas para hacer progresos en este tema”.

Nadie pensaba que los instrumentos terrestres pudiesen detectar el primer destello azul, hasta que Wakely y Swordy propusieron la idea junto con otros colegas en 2001. Un equipo de investigadores en Namibia confirmaron la idea usando un conjunto de telescopios llamado HESS. Wakely realizó más tarde sus propias observaciones usando un conjunto de telescopios conocido como VERITAS.

“Esta fue una prueba directa de que [la técnica] funciona”, dijo Wakely. “El objetivo de este [nuevo] instrumento es combinar una gran área de detección con la alta precisión de los sensores espaciales”.

Un instrumento mejorado podría también ayudar a resolver al menos un misterio sobre el rango de energía de las partículas de rayos cósmicos. Las partículas de mayor energía — tales como las del núcleo de los elementos pesados como el hierro — son más extrañas que las más comunes partículas de baja energía como los protones. Pero los físicos han quedado desconcertados por una súbita caída en la frecuencia de las partículas de alta energía en cierto punto en el espectro de energía, llamando al extraño giro “la Rodilla” debido a su forma.

Algunos investigadores sugieren que las supernovas que se afirma que producen los rayos cósmicos de pronto agotan su energía en “la Rodilla”, y una nueva fuente de rayos cósmicos toma el relevo en el otro lado. Otros creen que un nuevo modelo de física toma el mando y que está más allá de nuestro actual conocimiento científico, pero nadie lo sabe con seguridad sin más medidas de las partículas de alta energía de la región de “la Rodilla”.

Si todo marcha bien, Wakely y Swordy planean enviar una propuesta en tres años para construir el instrumento que están diseñando. La Fundación Nacional de Ciencia ya ha concedido una beca de cinco años y 625 000 dólares para empezar el boceto de la idea.