Un misterioso rayo cósmico que se observó en Utah vino de más allá de nuestra galaxia, dicen científicos

(CNN) -- Los científicos espaciales que intentan comprender los orígenes enigmáticos de los poderosos rayos cósmicos detectaron una partícula extremadamente rara y de energía muy alta que creen que viajó a la Tierra desde más allá de la Vía Láctea.

La energía de esta partícula subatómica, invisible a simple vista, equivale a dejar caer un ladrillo sobre el dedo del pie desde la altura de la cintura, según los autores de una nueva investigación publicada este jueves en la revista Science. Esta partícula rivaliza con el rayo cósmico más energético jamás observado, la partícula "Oh-My-God", que fue detectado en 1991, estableció el estudio.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas que viajan por el espacio y caen sobre la Tierra constantemente. Los rayos cósmicos de baja energía pueden emanar del Sol, pero los de energía extremadamente alta son excepcionales. Se cree que viajan a la Tierra desde otras galaxias y fuentes extragalácticas.

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"Si extiendes la mano, un (rayo cósmico) atraviesa la palma de tu mano cada segundo, pero en realidad son cosas de baja energía", explicó el coautor del estudio John Matthews, profesor de investigación de la Universidad de Utah.

"Cuando obtienes estos (rayos cósmicos) de muy alta energía, es más bien uno por kilómetro cuadrado por siglo. Nunca pasará a través de tu mano".

Uno de los detectores de rayos cósmicos que componen el Telescope Array, que tiene su sede en Utah. (Cortesía de la Universidad de Utah)

A pesar de tantos años de investigación, aún no están claros los orígenes exactos de estas partículas de energía alta. Se cree que están relacionados con los fenómenos más energéticos del universo, como los que involucran agujeros negros, explosiones de rayos gamma y núcleos galácticos activos, pero los más grandes descubiertos hasta ahora parecen originarse en vacíos o en espacios vacíos, donde no ocurren fenómenos celestes violentos.

Rastrear los rayos cósmicos de alta energía

La partícula recientemente descubierta, apodada partícula Amaterasu en honor a la diosa del Sol en la mitología japonesa, fue detectada por un observatorio de rayos cósmicos en el desierto occidental de Utah conocido como Telescope Array.

El Telescope Array, que comenzó a funcionar en 2008, está compuesto por 507 detectores de superficie del tamaño de una mesa de ping-pong que cubren 700 kilómetros cuadrados (270 millas cuadradas).

Ha logrado observar más de 30 rayos cósmicos de energía ultraalta, pero ninguno más grande que la partícula Amaterasu, que golpeó la atmósfera sobre Utah el 27 de mayo de 2021, dejando caer partículas secundarias al suelo, donde fueron recogidas por los detectores, según el estudio.

"Puedes observar cuántas partículas golpean cada detector y eso te dice cuál fue la energía del rayo cósmico primario", dijo Matthews.

El evento activó 23 de los detectores de superficie, con una energía calculada de aproximadamente 244 exaelectronvoltios. La partícula "Oh-My-God" detectada hace más de 30 años tenía 320 exaelectronvoltios.

Como referencia, un exaelectronvoltio equivale a 1.000 millones de gigaelectronvoltios, y un gigaelectronvoltio son 1.000 millones de electronvoltios. Eso haría que la partícula de Amaterasu tuviera 244.000.000.000.000.000.000 electronvoltios. En comparación, la energía típica de un electrón en la aurora polar es de 40.000 electronvoltios, según la NASA.

Una estación telescópica en Utah, con estrellas girando en lo alto. (Cortesía de la Universidad de Utah)

Un rayo cósmico de energía ultraalta transporta decenas de millones de veces más energía que cualquier acelerador de partículas fabricado por el hombre, como el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador más potente jamás construido, explicó Glennys Farrar, profesor de física en la Universidad de Nueva York.

"Lo que se necesita es una región de campos magnéticos muy intensos, como un LHC de gran tamaño, pero natural. Y las condiciones requeridas son realmente excepcionales, por lo que las fuentes son muy raras y las partículas se disipan en el vasto universo, lo que hace que las posibilidades de que una golpee la Tierra sean mínimas”, dijo Farrar, quien no participó en el estudio, a través de correo electrónico.

La atmósfera protege en gran medida a los humanos de cualquier efecto dañino de las partículas, aunque los rayos cósmicos a veces causan fallas en las computadoras. Las partículas, y la radiación espacial en general, plantean un mayor riesgo para los astronautas, con el potencial de causar daños estructurales al ADN y alterar muchos procesos celulares, según la NASA.

Fuente misteriosa

La fuente de estas partículas de ultra alta energía desconcierta a los científicos.

Matthews, portavoz de Telescope Array Collaboration, dijo que los dos rayos cósmicos más grandes registrados parecían "algo aleatorios": cuando se rastrean sus trayectorias, no parece haber nada con suficiente energía para producir tales partículas. La partícula Amaterasu, específicamente, parece originarse en lo que se conoce como el Vacío Local, un área vacía del espacio que bordea la Vía Láctea.

"Si se toman los dos eventos de mayor energía —la que se acaba de descubrir y la partícula "Oh-My-God"— ni siquiera parecen indicarnos nada. Debería ser algo relativamente cercano. Los astrónomos con telescopios visibles no pueden ver nada realmente grande y realmente violento", dijo Matthews.

"Proviene de una región que parece un espacio vacío local. Es un vacío. Entonces, ¿qué diablos está pasando?".

Una ampliación del Telescope Array puede proporcionar algunas respuestas. Una vez completados, 500 nuevos detectores permitirán al Telescope Array capturar lluvias de partículas inducidas por rayos cósmicos en 2.900 kilómetros cuadrados (aproximadamente 1.120 millas cuadradas), un área casi del tamaño de Rhode Island, según el comunicado de la Universidad de Utah.