Aún no sabemos de dónde vienen los rayos cósmicos

Pero, ¿qué son los rayos cósmicos?. Los rayos cósmicos (o radiación cósmica), son partículas subatómicas de alta energía procedentes del espacio exterior, esa energía tan elevada es debido a su gran velocidad,  cercana a la velocidad de la luz. La detección de estas singulares partículas se muestran de forma inversa cuando los datos son reflejados y comparados en los gráficos de la actividad Solar. ¿El motivo?, es la debilitación de la helioesfera (es el nombre que se le da a la región espacial que se encuentra bajo la influencia del viento solar y su campo magnético,  esta se extiende más allá de la órbita de Plutón), cuando la actividad solar disminuye, deja pasar más cantidad de estas partículas producidas por una variedad de eventos de extrema magnitud, como agujeros negros devorando materia o explosiones de supernova. La interacción de estas partículas respecto al clima terrestre continúa hoy en estudio para saber su relevancia, y su detección implica un factor importante para la meteorología espacial, reflejando de forma clara el nivel de actividad de nuestra estrella.

La siguiente animación, muestra como se produce y protege la helioesfera:

 

 

Escala de la Heliosfera y el Barrio Galáctico Próxim. El sistema solar y su vecindario galáctico cercano se ilustran aquí en una escala logarítmica que se extiende (desde <1 a) 1 millón de Unidades Astronómicas (UA). Nuestro Sol y sus planetas están protegidos por esta burbuja de viento solar(la heliosfera) que es de aproximadamente 100 UA de tamaño. El límite real entre el viento solar y el plasma interestelar se llama la heliopausa. Más allá de esta burbuja es una región en gran parte desconocida , esta es el medio interestelar. En  los límites de la heliosfera se encuentra el Cinturón de Kuiper,  la fuente de cometas de corto período. Se cree que el borde más cercano de la nube interestelar que rodea nuestro sistema solar está a varios miles de UA de distancia. La Nube de Oort es una concha esférica de cometas que se extienden desde menos de 10.000 a unas 100.000 UA ,  el borde de la esfera de influencia gravitacional de nuestro Sol. Alpha-Centauri, el miembro más conocido de nuestro sistema estelar más cercano, se encuentra mucho más allá de unas 300.000 UA. 

Realmente estos rayos cósmicos de alta energía son algo así como un enigma envuelto en un enigma. Esencialmente, no pueden venir de muy lejos, cuando nos llegan todavía tienen la energía que poseen. Para ello, los rayos cósmicos deben originarse dentro de nuestra galaxia. Sin embargo, parecen venir de todas las direcciones, no importa donde mires en el espacio, siempre tienes la misma probabilidad de ver un rayo cósmico de alta energía. Un nuevo artículo puede confirmar esta uniformidad en su procedencia en un grado bastante alto.

Para hacernos una idea de lo que ocurre con la detección de la fuente de los rayos cósmicos, haremos esta analogía. Imaginemos que estamos dentro de una habitación de cristal esmerilado (o opaco). Cuando el Sol sale, se puede ver su luz, pero parece difusa, que viene de todas las direcciones de manera uniforme. No podemos decir que la luz realmente viene de una sola fuente, que brilla de una sola dirección o de un solo punto, a menos que la luz sea suficientemente brillante o el glaseado en la ventana no sea demasiado denso. Entonces, aunque aún vea luz desde todas las direcciones, ese ligero aumento de brillo perceptible en una dirección, nos indicará que hay una fuente de luz en esa dirección.

Actualmente se sabe que los rayos cósmicos con energías de hasta 2 TeV (teraelectronvoltio=Unidad de energía empleada en física de partículas que es equivalente a 1012 eV o 1,000,000,000,000 electronvoltios), se originan de las supernovas que mueren en nuestra propia galaxia. Las observaciones del telescopio espacial de rayos-Gamma Fermi, han confirmado esta teoría, que algunos rayos cósmicos se originan en supernovas, pero estas observaciones no parecen explicar el total de los rayos cósmicos que se detectan. Hay que tener en cuenta que hay rayos cósmicos en energías mucho más altas de 2 TeV, pero éstas partículas ciertamente no se originan dentro de nuestra galaxia.

¿Por qué no vemos esto como una colección de fuentes puntuales en el universo?. Los rayos cósmicos consisten en partículas cargadas, que se dispersan de forma caótica en campos magnéticos. Por lo tanto, aunque puede haber sólo unas pocas fuentes, vemos como los rayos cósmicos vienen de todas las direcciones. Para hacer la historia aún más compleja, cuando estas partículas cargadas cambian de dirección, irradian luz y pierden energía. Lo contrario también puede ocurrir, las partículas cargadas pueden dispersarse de la luz para producir el mismo efecto.

Todo esto combinado, difumina sus fuentes individuales de procedencia de estas partículas y las ralentiza con el paso del tiempo. El resultado es que parece que estamos observando los rayos cósmicos a través de ese vidrio esmerilado, pero sabiendo que las fuentes de los rayos cósmicos de alta energía no pueden estar demasiado lejos. Desde nuestra perspectiva, las fuentes lejanas sólo serían observadas como rayos cósmicos de baja energía debido a toda la energía que estas partículas  pierden entre su fuente y nosotros. Por lo tanto, los científicos se encuentran en una posición incómoda. Al parecer, las fuentes de rayos cósmicos de alta energía deberían estar cerca de las distancias del orden de 5.000 años luz, que es sólo una pequeña fracción del diámetro de la galaxia (Diámetro estimado de 100.000 a 150.000 años luz). Pero, si están tan cerca, deberíamos ser capaces de distinguir manchas brillantes y oscuras en el cielo mediante una cuidadosa observación, y hasta el momento no se ha conseguido.

Siete años de datos observacionales del telescopio de rayos-Gamma Fermi . Siete años de datos suenan mucho, pero no se dan muchos eventos que desencadenen torrentes de rayos cósmicos. En cualquier dirección en particular, los rayos cósmicos con energía por encima de 500 GeV (gigaelectronvoltio) aparecen alrededor de dos veces al año.

Vídeo: El telescopio Espacial de Rayos-Gamma Fermi. Si lo desean pueden activar el subtítulo en español en los iconos de la parte inferior derecha del vídeo.

                           

Entonces, ¿estos rayos cósmicos preferentemente vienen de cualquier dirección?. De momento hay que llevar a cabo su fuente de forma estadística para determinar si los rayos cósmicos vienen de direcciones específicas. Se necesita tener un modelo realmente bueno de propagación de rayos cósmicos y múltiples métodos con los cuales analizar los datos. Cada análisis debe ser internamente consistente y, cuando se comparan con datos simulados, todos deben dar resultados similares. Esta es la base del nuevo documento publicado, demostrando que la cadena de análisis es sólida.

Documento: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.091103

El resultado final es que aún no se puede decir que los rayos cósmicos de alta energía tienen más probabilidades de venir de direcciones específicas. Sin embargo, las estadísticas son tales que sólo esperamos detectar una fuente si está lo bastante cerca y relativamente reciente. Para las fuentes más distantes y antiguas requerirán de muchos más eventos.

Por suerte, el telescopio Fermi sigue funcionando y recogiendo datos. Si todo va bien, se espera un análisis mejorado en los próximos cinco años.

-Rayos cósmicos en la meteorología espacial: http://blog.meteorologiaespacial.es/2016/02/10/3062/

-¿Nos afect de alguna manera estas partículas?: http://blog.meteorologiaespacial.es/2015/01/09/volar-entre-rayos-cosmicos/

Fuente: https://arstechnica.com/

 

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