Os raios cósmicos de ultra-alta enerxía poderían orixinarse en galaxias con alta formación estelar ou núcleos activos de galaxias
O Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) da USC acaba de tomar parte nun achado sen precedentes que reforza a hipótese de que a orixe dos raios cósmicos de ultra-alta enerxía atópase en galaxias con alta formación estelar ou núcleos activos de galaxias. Os resultados publicáronse recentemente en Physical Review Letters e Physical Review D. e foron obtidos a través da colaboración Pierre Auger, un grupo integrado por 400 investigadores de 17 países que opera o observatorio de raios cósmicos máis grande do mundo en Malargüe, Mendoza (Arxentina).
Os raios cósmicos de ultra-alta enerxía son as partículas procedentes do espazo exterior máis enerxéticas do Universo, isto é, ata máis de 1020 electronvoltios. Para acelerar unha partícula que alcance esa enerxía coa tecnoloxía dispoñible actualmente, habería que escalar o Gran Colisor de Hadróns do CERN ao tamaño da órbita de Mercurio. A pesar de ser descubertos en 1961, aínda non se sabe con exactitude como se producen e as fontes que os orixinan, feito que subliña a relevancia do achado que acaba de presentarse.
Fervenzas inclinadas
Nos traballos publicados e que analizan os 215.000 eventos recompilados polo Observatorio Pierre Auger ata a data, detectouse unha nova característica do espectro enerxético dos raios cósmicos de ultra-alta enerxía, que se reflicte nunha lixeira inclinación da curva ao redor dos 13 × 1018 electronvoltios. “Ese suavizado nesta rexión intermedia podería ser consecuencia natural de que a composición de masa dos raios cósmicos cambia, en función da enerxía, de lixeira a pesada”, apunta o profesor da USC Enrique Zas, quen participou na elaboración do artigo e liderou a análise de fervenzas ou choivas de partículas inclinadas, que se utilizou para o establecemento da chamada “enerxía invisible”, fundamental para a determinación precisa da enerxía.
Os resultados poden explicarse con fontes extragalácticas de raios cósmicos distribuídas de forma relativamente uniforme, que aceleran partículas a maior enerxía canto máis pesadas. Estes modelos requiren un espectro extremadamente duro —con máis cantidade de partículas de alta enerxía— e fontes practicamente constantes ao longo do tempo. Neste escenario, os requisitos non concordan coas observacións de fontes luminosas próximas en todos os tipos de luz do espectro electromagnético, dende radioondas ata raios gamma.
Neste senso, España contribuíu notablemente á Colaboración Pierre Auger en aspectos moi diversos: análise de choivas inclinadas, contido de muóns das fervenzas, natureza das partículas primarias, aplicacións de técnicas de aprendizaxe automática, procura de neutrinos, astronomía de multimensaxeiros, técnica de fluorescencia e técnica de radio. Actualmente no proxecto participa a Universidade de Granada xunto á USC, que liderou a participación española desde a súa orixe na década de 1990.
Actualización a gran escala
O Observatorio Pierre Auger atópase actualmente nunha actualización a gran escala, instalando detectores de escintilación e antenas de radio na parte superior das estacións detectoras de auga. Isto permitirá obter máis información sobre a composición da masa dos raios cósmicos de ultra-alta enerxía, estendéndoa a enerxías máis altas onde unha posible presenza de núcleos de masa lixeira podería abrir unha nova xanela a procuras sensibles á composición de fontes e estudos de campos magnéticos cósmicos.
Pierre Auger está composto por máis de 1.600 tanques de auga con detectores Cherenkov repartidos nunha extensión de 3.000 km2 , unha superficie enorme xa que o fluxo destas partículas é tan escaso que cada mil anos chega á Terra menos dunha por quilómetro cadrado ás enerxías máis altas. Observan un tipo de luz —radiación Cherenkov— producida pola auga cando “choivas” de partículas ou fervenzas producidas polos raios cósmicos atravésana. Estes detectores compleméntanse con 27 telescopios de fluorescencia que captan a luz ultravioleta causada polas fervenzas ao atravesar a atmosfera. Xuntos, proporcionan medicións da enerxía das fervenzas e medidas indirectas da masa da partícula primaria. Combinando a información sobre o espectro de enerxía, a composición da masa e a distribución da dirección de chegada, pódense deducir características importantes das posibles fontes que orixinan estas partículas extraordinarias.