El Nobel de Física James W. Cronin expone en la Fundación BBVA los últimos descubrimientos sobre los enigmáticos “rayos cósmicos”
Las partículas más energéticas jamás estudiadas por los físicos no se han detectado en los grandes aceleradores de partículas construidos por el hombre, sino en los observatorios astronómicos. Los llamados rayos cósmicos ultranergéticos golpean la Tierra procedentes de más allá de nuestra propia galaxia, y su energía es tal que aún no hay una teoría aceptada para explicar qué fenómeno o proceso en el universo los está generando. Pero los datos del mayor observatorio del mundo que los detecta apuntan por ahora a que “la hipótesis más probable es que proceden de los enormes agujeros negros en el centro de galaxias”, ha explicado en la Fundación BBVA el premio Nobel James W. Cronin.
11 abril, 2011
Cronin ha impartido la conferencia Rayos cósmicos: un siglo de historia y la investigación actual, dentro del ciclo sobre Astrofísica y Cosmología organizado por la Fundación BBVA y que contó hace unas semanas con la presencia del experto en agujeros negros Kip Thorne.
El enigma de los rayos cósmicos de muy alta energía comenzó hace dos décadas. A principios de los noventa, varios detectores de rayos cósmicos alertaron de la llegada de partículas mucho más energéticas de lo que los fenómenos astrofísicos conocidos podían explicar. Los físicos describen el inesperado hallazgo como “ir a cazar mariposas y encontrarte con un avión en la red”. Eran partículas con una energía cientos de millones de veces mayor que la alcanzable en un acelerador como el LHC (Large Hadron Collider).
“Necesitaríamos un acelerador de partículas más grande que nuestra propia galaxia para generar partículas tan energéticas”
explica Cronin. “Así que para estudiar los rayos cósmicos de muy alta energía estamos en manos de la naturaleza, sólo podemos tomar datos”.“Necesitaríamos un acelerador de partículas más grande que nuestra propia galaxia para generar partículas tan energéticas”
Cronin propuso en 1992 –junto con su colega Alan Watson- la construcción de una gran instalación que ayudara a resolver el misterio. Su idea se ha materializado en la mayor trampa del mundo para rayos cósmicos: el Observatorio Pierre Auger, en el que participan unos 500 científicos de 95 instituciones de 18 países, entre ellos España.
Cuatro rayos cósmicos en cuatro años
El Pierre Auger está en marcha desde hace cuatro años en Malargüe, Argentina. “Funciona maravillosamente, los datos son de una calidad excepcional”, señala Cronin. Sin embargo los rayos cósmicos de muy alta energía son tan raros que sólo llega a la Tierra uno por kilómetro cuadrado y siglo. Por eso, “en todo este tiempo sólo hemos detectado cuatro de ellos”. Para resolver el misterio de su origen “necesitamos más datos”.
Precisamente porque los rayos cósmicos de muy alta energía son muy raros, el Observatorio Pierre Auger es inmenso: cuanto mayor sea la trampa, más posibilidades hay de que funcione. El Pierre Auger se extiende a lo largo de 3000 km2 en plena Pampa Amarilla. Consiste en 1.600 detectores -que son tanques de agua pura-, separados entre sí 1,5 kilómetros. Se complementan con 24 telescopios sensibles a la luz ultravioleta.
Sus dimensiones se deben a que, en realidad, no se detectan los rayos cósmicos, sino la cascada de partículas secundarias que genera su impacto en la atmósfera. Los rayos cósmicos cruzan el universo a una velocidad cercana a la de la luz y al chocar con la Tierra desencadenan en la atmósfera una lluvia de millones de partículas de menos energía.
Agujeros negros galácticos
El Observatorio Pierre Auger ya ha proporcionado un importante resultado sobre el origen de los rayos cósmicos ultraenergéticos: los inmensos agujeros negros que ocupan el núcleo de galaxias activas serían una fuente probable.
Por ahora los datos muestran una correlación entre la dirección de la que proceden los rayos cósmicos detectados y la localización de galaxias con grandes agujeros negros en sus núcleos. Cronin insiste, no obstante, en que esta hipótesis aún necesita ser confirmada con más observaciones.
Además, los astrofísicos aún no cuentan con una buena teoría para explicar exactamente el mecanismo de aceleración de las partículas en los agujeros negros. La idea general es que cuando estos sumideros cósmicos de miles de millones de masas solares devoran materia, en sus inmediaciones se emiten chorros de material que se mueve a casi la velocidad de la luz; una partícula presente en el entorno que interaccionara con estos chorros podría convertirse en un súperrayo cósmico.