Los rayos cósmicos estudiados por el Pierre Auger vienen de fuera de la galaxia

Los rayos cósmicos “ultra energéticos”, luego de ser descubriertos, supimos que no eran rayos si no que eran partículas viajando por el espacio. La principal incógnita es si estas partículas vienen de nuestra propia galaxia o de lugares más lejanos. Ahora, el grupo de más de 400 científicos de 18 países que forman la colaboración del Observatorio Pierre Auger confirman que los rayos cósmicos en cuestión que llegan a la Tierra se originan fuera de la Vía Láctea, información publicada en Science.

Tras 12 años de recogida de datos, el origen extragaláctico de este tipo de rayos ha sido descubierto gracias a la detección de partículas con una energía media de 2 Joules en el Observatorio Pierre Auger, en Malargüe, y de una asimetría en su distribución: la cantidad que llegan en una dirección es un 6% mayor que en la dirección opuesta.

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Ha habido otras evidencias, pero yo diría que este artículo realmente confirma que la mayoría de las partículas de rayos cósmicos de mayor energía no vienen de nuestra galaxia“, comentaba Gregory Snow, profesor de física de la Universidad de Nebraska-Lincoln y participante en el proyecto. Alan Watson de la Universidad de Leeds, considera que este resultado “es uno de los más emocionantes que hemos obtenido, y responde a una de las preguntas clave que se pretendía responder cuando fue concebido el observatorio por Jim(James) Cronin y por mí mismo hace más de 25 años.

Los rayos cósmicos son partículas(núcleos de átomos) que vienen casi a la velocidad de la luz, y particularmente, los ultra energéticos “caen” una vez por kilómetro cuadrado por siglo. Estas “lluvias”, que tienen más de diez mil millones de partículas, se detectan porque producen una onda de choque de luz(luz Cherenkov) en el agua al atravesar algunos de los 1.600 detectores del Observatorio Auger, cada uno con 12 toneladas de agua, que están esparcidos en 3.000 kilómetros cuadrados en nuestro departamento. Los tiempos de llegada de las partículas en los detectores, medidos con receptores GPS, se usan para establecer la dirección de llegada del rayo cósmico con una precisión mejor que 1 grado.

Estudiando la distribución de las direcciones de llegada de más de 30.000 mediciones,  Auger ha descubierto un exceso con una significación estadística de 5,2 desviaciones estándar (implica que hay solo un un 0.00001%de probabilidad de que el resultado sea casualidad), en una dirección en la que la distribución de galaxias es relativamente alta. Aunque este descubrimiento apunta claramente al origen extragaláctico de estas partículas, todavía no pueden ser nítidamente especificadas las fuentes que las producen.

Las partículas que hemos detectado son tan enérgicas (un millón de veces más que los protones acelerados en el LHC),que tienen que provenir de fenómenos astrofísicos extremadamente violentos”, decía Snow, y especula: ”Algunas galaxias tienen un agujero negro explosivo y masivo en sus centros y hay teorías de que estos centros muy violentos aceleran partículas de muy alta energía que eventualmente alcanzan nuestro planeta“.

La dirección del exceso apunta a una amplia región del cielo más que a objetos específicos, ya que incluso partículas tan energéticas como estas se desvían decenas de grados en los campos magnéticos de nuestra galaxia. A pesar de ello, para cualquier configuración realista del campo magnético galáctico, esa dirección del exceso observado es incompatible con fuentes localizadas en el plano o en el centro de la galaxia. Gregory también destaca el papel de los rayos cósmicos como pistas de la estructura del universo: “Al comprender los orígenes de estas partículas, esperamos entender más sobre el inicio del universo, el Big Bang, cómo se formaron las galaxias, los agujeros negros, etc., algunas de las preguntas más importantes en astrofísica“.

Existen rayos cósmicos con energías todavía mayores que los que se han utilizado en este trabajo, con energía cinética equivalente una pelota de tenis bien golpeada por Del Potro. Como se espera que las desviaciones de estas partículas sean inferiores, las direcciones de llegada deberían apuntar mejor a los lugares donde se crearon. Estos rayos cósmicos, que son todavía menos frecuentes, son objeto de intensos estudios con el objetivo de determinar cuáles son los objetos extraglácticos capaces de producirlos.

El Observatorio Pierre Auger registra lluvias de rayos cósmicos con una red de 1.600 detectores “de superficie”, separados entre sí un kilómetro y medio y cubriendo una superficie de 3.000 kilómetros cuadrados. Además, veinte y siete telescopios “de fluorescencia” que detectan la luz que emiten las moléculas de nitrógeno de la atmósfera con el paso de cada lluvia. La combinación de ambas técnicas lo convierte en el detector de rayos cósmicos ultraenergéticos más grande y más preciso del mundo con el que se han obtenido y siguen obteniendo importantes resultados en este campo.

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