Los rayos cósmicos extragalácticos golpean la Tierra

Hace 50 años, los científicos descubrieron que la Tierra es ocasionalmente golpeada por rayos cósmicos de enormes energías. Desde entonces, han discutido acerca de la fuente de esos rayos cósmicos de ultra alta energía, tanto si provienen de nuestra galaxia como de fuera de la Vía Láctea.

La respuesta es una galaxia o galaxias muy, muy lejanas, según un informe publicado en la revista Science por la Colaboración Pierre Auger. El observatorio internacional de Argentina, cofundado por el fallecido James Cronin, ganador del Premio Nobel de la Universidad de Chicago, ha estado recogiendo datos sobre tales rayos cósmicos durante más de una década.

La colaboración descubrió que la tasa de tales partículas cósmicas, cuyas energías son un millón de veces mayores que la de los protones acelerados en el Gran Colisionador de Hadrones, es alrededor de un seis por ciento mayor desde un lado del cielo que desde el otro, en una dirección en la que la distribución de las galaxias es relativamente alta.

"Estamos ahora considerablemente más cerca de resolver el misterio de dónde y cómo se crean estas extraordinarias partículas, una cuestión de gran interés para los astrofísicos", dijo el profesor de la Universidad de Wuppertal Karl-Heinz Kampert, portavoz de la Colaboración Auger, en la que participan más de 400 científicos de 18 países. "Nuestra observación proporciona pruebas convincentes de que los sitios de aceleración están fuera de la Vía Láctea".

Los rayos cósmicos son los núcleos de elementos desde el hidrógeno hasta el hierro. Los rayos cósmicos de mayor energía, los que interesan en este estudio, solo golpean alrededor de una vez por kilómetro cuadrado por año, lo que equivale a golpear el área de un campo de fútbol alrededor de una vez por siglo.

Estas raras partículas son detectables porque crean lluvias de partículas secundarias, incluyendo electrones, fotones y muones, al interactuar con los núcleos de la atmósfera. Estas lluvias de rayos cósmicos se extienden, barriendo la atmósfera a la velocidad de la luz en una estructura similar a un disco, como un plato de comida pero de varios kilómetros de diámetro.

Una representación artística de una precipitación aérea de rayos cósmicos con un detector de agua-Cherenkov del Observatorio Pierre Auger en el oeste de Argentina. (Foto: A. Chantelauze, S. Staffi, L. Bret)

Trabajos sobre rayos cósmicos en el observatorio Auger

En el Observatorio Auger, las partículas de esa cascada se detectan a través de la luz que producen en varios de los 1.600 detectores, distribuidos en 3.000 kilómetros cuadrados del oeste de Argentina -una superficie comparable a la de Rhode Island- y cada uno de ellos conteniendo 12 toneladas de agua. El rastreo de estas llegadas informa a los científicos la dirección de la que vinieron los rayos cósmicos.

Después de acumular detecciones de más de 30.000 partículas cósmicas, la Colaboración Auger encontró que una sección del cielo estaba produciendo significativamente más de lo que le correspondería. La probabilidad de que esto ocurra por una fluctuación aleatoria es extremadamente pequeña, dijeron los colaboradores: una posibilidad de alrededor de dos en diez millones.

"Este resultado establece inequívocamente que los rayos cósmicos de ultra alta energía no son solo vagabundos aleatorios de nuestro universo cercano", dijo Paolo Privitera, profesor de astronomía y astrofísica de la UChicago, que dirige los grupos estadounidenses que participan en el proyecto.

Privitera acreditó a Cronin, que murió recientemente, con la visión original del observatorio Auger en 1992.

"La huella detectada en sus direcciones de llegada, una prueba tentadora de origen extragaláctico, requirió varios años de observaciones con un detector que funcionaba, en palabras de Jim Cronin, 'como un reloj suizo'. Fue un tributo a la visión de Jim de construir un observatorio y desvelar el misterio del origen de las partículas más energéticas del universo", dijo.

Incluso a estas altas energías, los rayos cósmicos pueden ser desviados significativamente por los campos magnéticos del espacio exterior; por lo tanto, el exceso encontrado por la Colaboración Auger en una amplia sección del cielo no puede todavía determinar qué objetos extragalácticos podrían ser las fuentes específicas, dijeron los autores. El observatorio está tratando de examinar rayos cósmicos de energía aún más alta -más raros, pero menos propensos a ser desviados- lo que puede proporcionar una ruta más clara hacia sus fuentes. (Fuente: NCYT Amazings)