En la Tierra, el Gran Colisionador de Hadrones puede hacer colisionar átomos y acelerar partículas a velocidades cercanas a la de la luz; pero en el espacio, existen rayos cósmicos de alta energía con una potencia más de 10 millones de veces superior a la de esas veloces partículas. Ahora, una nueva investigación sugiere que dichos rayos cósmicos podrían ocultar un secreto clave para resolver un enigma espacial de 60 años.
Por ejemplo, uno de estos rayos cósmicos , denominado partícula Amaterasu (en honor a la diosa japonesa del sol), impactó contra la Tierra en 2021 con una energía 40 millones de veces mayor que la de las partículas que colisionan en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). Amaterasu se considera el segundo rayo cósmico más potente jamás detectado, después de la partícula "Oh-My-God ", detectada en 1991. Sin embargo, el origen de estas partículas y las fuentes que las aceleraron a energías tan elevadas siguen siendo un misterio.
Con una energía cinética equivalente a la de una pelota de tenis a gran velocidad (una cantidad considerable para una sola partícula de rayos cósmicos), el Amaterasu profundizó el misterio, ya que parece haberse originado en una región similar al vacío, sin una fuente aparente. Sin embargo, los investigadores creen haber encontrado una posible respuesta. Un nuevo equipo de investigación plantea que los rayos cósmicos de mayor energía podrían ser núcleos atómicos de elementos más pesados que el hierro. ¿Podría ser este el eslabón perdido en nuestra comprensión de los misteriosos eventos violentos que lanzan estas intensas partículas hacia la Tierra?
«Los orígenes y los mecanismos de aceleración de los rayos cósmicos de ultra alta energía han sido uno de los mayores misterios en este campo durante más de 60 años, desde que se reportó el primer ejemplo», declaró Kohta Murase, líder del equipo y miembro del Eberly College of Science de Penn State. «Los rayos cósmicos de ultra alta energía solo pueden ser acelerados por algunas de las fuentes más poderosas del universo. Cuando detectamos partículas individuales de rayos cósmicos, como la partícula Amaterasu aquí en la Tierra, a menudo podemos usar sus energías, direcciones de llegada y desviaciones magnéticas esperadas para inferir sus posibles fuentes cósmicas».
Se han propuesto numerosas fuentes para explicar el origen de los rayos cósmicos de alta energía, como el colapso de una estrella masiva para formar una estrella de neutrones o un agujero negro , o la colisión de dos estrellas de neutrones. Para ponerlo en perspectiva, la materia que compone las estrellas de neutrones es tan densa que si tan solo una cucharadita llegara a la Tierra, pesaría aproximadamente 10 millones de toneladas, lo que equivale al peso de 85 000 ballenas azules adultas (¡intenta meterlas todas en una cucharadita!).
Así pues, comprimir un cuerpo con la masa del sol hasta un ancho de unos 20 kilómetros (12 millas) ya es increíblemente violento; considérese entonces el encuentro de dos de esos cuerpos comprimidos.
«Se cree que estos rayos cósmicos de máxima energía provienen de fuentes astrofísicas extremas, como la colisión de dos estrellas de neutrones o el colapso de una estrella masiva», explicó Murase. «En conjunto, la distribución de energía, el patrón de dirección de llegada y la composición inferida estadísticamente de muchos eventos de rayos cósmicos proporcionan pistas importantes sobre el origen de estas partículas y cómo se aceleran».
Si Murase y sus colegas investigadores tienen razón y los rayos cósmicos podrían ser los núcleos de elementos más pesados que el hierro, entonces esta historia de la colisión de estrellas de neutrones podría tener por fin una base sólida.
Dos círculos azules rodeados de muchos remolinos amarillos y naranjas. Hay una luz blanca entre los círculos.
Para comprender estas partículas de alta energía y su origen, Murase y sus colegas realizaron simulaciones para rastrear cómo los rayos cósmicos de diferentes masas perderían energía al atravesar vastas distancias cósmicas hasta llegar a la Tierra. Esto reveló que los núcleos atómicos más pesados que el núcleo atómico del hierro perdían energía mucho más lentamente que las partículas más ligeras.
«Nuestra investigación demostró que, a energías comparables a la de la partícula Amaterasu, los núcleos ultrapesados pierden energía más lentamente que los protones o los núcleos de masa intermedia, lo que les permite sobrevivir a distancias cósmicas y alcanzar la Tierra a energías extremas», explicó Murase. «No afirmamos que todos los rayos cósmicos de ultra alta energía provengan de núcleos ultrapesados. Pero si algunos de los eventos de mayor energía provienen de núcleos ultrapesados, esto influiría en cómo buscamos sus fuentes».https://www.space.com/science/particle-physics/what-flings-mysteriously-powerful-particles-called-cosmic-rays-at-earth
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