Telescopio Array detecta el segundo mayor rayo cósmico registrado hasta ahora         

Por: Universidad de Utah.

23 de noviembre de 2023

Ilustración artística del rayo cósmico extremadamente energético observado por un conjunto de detectores de superficie del experimento Telescope Array, llamado "partícula Amaterasu". Crédito de la imagen: Universidad Metropolitana de Osaka/L-INSIGHT, Universidad de Kioto/Ryuunosuke Takeshige.

Los rayos cósmicos son ecos de violentos acontecimientos celestes que han despojado a la materia de sus estructuras subatómicas y la han lanzado a través del Universo casi a la velocidad de la luz. Esencialmente, los rayos cósmicos son partículas cargadas con una amplia gama de energías que consisten en protones positivos, electrones negativos o núcleos atómicos completos que viajan a través del espacio y caen sobre la Tierra casi constantemente.

En 1991, el experimento Fly's Eye de la Universidad de Utah detectó el rayo cósmico de mayor energía del que se lleva registro. Más tarde apodada la partícula “Oh-My-God”, la energía del rayo cósmico sorprendió a los astrofísicos. Nada en nuestra galaxia tenía el poder de producirla, y la partícula tenía más energía de la que teóricamente era posible para los rayos cósmicos que viajaban a la Tierra desde otras galaxias. En pocas palabras, la partícula no debería existir.

Desde entonces, el Telescopio Array ha observado más de 30 rayos cósmicos de energía ultraalta, aunque ninguno se acerca al nivel de energía de “Oh-My-God”. No obstante, el 27 de mayo de 2021, el experimento Telescopio Array detectó el segundo rayo cósmico de energía extrema. A 2,4 x 10²⁰ eV, la energía de esta única partícula subatómica equivale a dejar caer un ladrillo sobre el dedo del pie desde la altura de la cintura. El estudio de esta detección fue liderado por la Universidad de Utah y la Universidad de Tokio, empleando las 507 estaciones del Telescopio Array, esparcidas en un área desértica de 700 km², ubicado en la región occidental del estado de Utah.

El evento activó 23 detectores en la región noroeste del Telescopio Array, que se extendieron a lo largo de 48 km², su dirección de llegada parecía ser desde el Vacío Local, un área vacía del espacio que bordea la Vía Láctea. De acuerdo a los investigadores, estas partículas tienen tanta energía que no deberían verse afectadas por los campos magnéticos galácticos y extragalácticos, pudiendo señalar de dónde vienen en el cielo. Pero en el caso de las dos detecciones (tanto la de 1991 como la de 2021) se rastrea su trayectoria hasta su fuente y no hay nada con suficiente energía para haberla producido.

Los investigadores llamaron a la partícula Amaterasu, en honor a la diosa del sol en la mitología japonesa. Las partículas Oh-My-God y Amaterasu se detectaron utilizando diferentes técnicas de observación, lo que confirma que, si bien son raros, estos eventos de energía ultra alta son reales. En su observación publicada en la revista Science, una colaboración internacional de investigadores describe el rayo cósmico de energía ultraalta, evalúa sus características y concluye que estos raros fenómenos podrían seguir una física de partículas desconocida para la ciencia.

Tras emprender su periplo desde la fuente, los rayos cósmicos golpean la atmósfera superior de la Tierra y destruyen el núcleo de oxígeno y nitrógeno, generando muchas partículas secundarias. Estos viajan una corta distancia en la atmósfera y repiten el proceso, generando una lluvia de miles de millones de partículas secundarias que se dispersan hacia la superficie. La huella de esta lluvia secundaria es enorme y requiere que los detectores cubran un área tan grande como el Telescope Array.

Los detectores de superficie utilizan un conjunto de instrumentación que brinda a los investigadores información sobre cada rayo cósmico; el momento de la señal muestra su trayectoria y la cantidad de partículas cargadas que golpean cada detector revela la energía de la partícula primaria. Debido a que las partículas tienen carga, su trayectoria de vuelo se asemeja a la de una bola en una máquina de pinball mientras zigzaguean contra los campos electromagnéticos a través del fondo cósmico de microondas.

Es casi imposible rastrear la trayectoria de la mayoría de los rayos cósmicos, que se encuentran en el extremo bajo al medio del espectro energético. Incluso los rayos cósmicos de alta energía se ven distorsionados por el fondo de microondas. Las partículas con energía de Oh-My-God y Amaterasu atraviesan el espacio intergaláctico relativamente sin doblarse. Sólo los acontecimientos muy energéticos en el Universo pueden producirlos.

Fuente:

https://phys.org/news/2023-11-telescope-array-second-highest-energy-cosmic-ray.html