Confirman que los rayos cósmicos vienen de más allá de nuestra galaxia

Ahora, y tras doce años de estudio ininterrumpido, un consorcio internacional compuesto por más de 400 investigadores de 18 países y 100 instituciones diferentes ha conseguido, por primera vez, confirmar que los rayos cósmicos de alta energía que bombardean la Tierra se originan fuera de nuestra Vía Láctea . En un artículo que acaba de publicar la revista Science , los científicos describen cómo lograron detectar una anisotropía, una asimetría en la distribución de las direcciones de llegada de los rayos cósmicos en el momento en el que impactan con la atmósfera terrestre.

Fue así como pudieron determinar que la dirección predominante en el momento de la llegada apunta a una amplia zona del cielo, pero se desvía en unos 90 grados de la dirección que deberían tener si los rayos cósmicos procedieran de nuestra propia galaxia . La distribución de las direcciones de llegada constituye un importante primer paso para averiguar exactamente dónde se originan.

Tal y como se explica en el artículo de Science, los rayos cósmicos de alta energía se llevan observando desde hace más de 50 años, pero sus fuentes siguen siendo un misterio . Y la mejor esperanza para descubrir dónde se originan es, precisamente, estudiar sus sentidos de marcha a medida que se aproximan a la Tierra. Algo que, sin embargo, resulta extraordinariamente difícil, ya que a lo largo de su viaje a través del espacio, los rayos cósmicos interactúan con los campos magnéticos de nuestra y de otras galaxias, que los desvían ocultando sus verdaderos puntos de origen.

Los investigadores consiguieron sus resultados utilizando el mayor detector de rayos cósmicos jamás construido, el Observatorio Pierre Auger, en Argentina. Y dado que los rayos cósmicos de alta energía (los de más de dos julios) llegan a la Tierra con muy poca frecuencia (1 al año por cada km. cuadrado de superficie), el observatorio ha sido construido para observar al detalle un área de 3.000 km. cuadrados, lo que le permite registrar un notable número de eventos.

Los rayos cósmicos son núcleos de elementos que van del hidrógeno al hierro. Poder analizarlos con detalle proporcionaría a los científicos una forma directa de estudiar la materia que llega hasta nosotros desde fuera de la galaxia en que vivimos. Es decir, que su estudio nos permitiría comprender mucho mejor la composición de galaxias lejanas, y también los procesos necesarios para acelerar núcleos atómicos (mucho más pesados que las partículas individuales) hasta casi la velocidad de la luz.

En cierta ocasión, el astrónomo Carl Sagan dijo: "El nitrógeno de nuestro ADN, el calcio de nuestros dientes, el hierro de nuestra sangre, el carbono de nuestras tartas de manzana, se fabricaron en el interior de estrellas que colapsan. Estamos hechos de materia estelar". En otras palabras, comprender los rayos cósmicos y averiguar de dónde proceden nos ayudará a responder cuestiones fundamentales sobre el origen del Universo, las galaxias y nuestra propia existencia.

Como se ha dicho, resulta extremadamente raro que rayos cósmicos con energías superiores a dos julios alcancen la Tierra. De hecho, su tasa de llegada a la atmósfera superior es de apenas uno por km. cuadrado por año, lo que equivale a que un área del tamaño de un campo de fútbol sería alcanzada por un rayo cósmico apenas una vez cada siglo.

Un julio es una medida de energía, equivalente a la se necesitaría para lanzar una manzana pequeña a un metro de altura, o a la energía que tendría una pelota de 56 gramos a 22 km/h. Cuando un núcleo atómico golpea la atmósfera terrestre casi a la velocidad de la luz, toda esa energía se deposita e apenas unas pocas millonésimas de segundo.

A pesar de su rareza, estas partículas tan energéticas resultan detectables porque al impactar provocan "cascadas" de otras partículas secundarias (electrones, protones, muones...). a través de sucesivas interacciones con los núcleos atómicos presentes en la atmósfera. Esas cascadas de partículas se extienden por la atmósfera a la velocidad de la luz, en una estructura similar a un disco, algo parecido a un plato gigante, de varios km. de diámetro. Cada plato puede llegar a contener más de 10.000 millones de estas partículas secundarias.

En el observatorio Pierre Auger, los rayos cósmicos se detectan midiendo la radiación Cerenkov, es decir, la radiación electromagnética emitida por las partículas cargadas que pasan a través de un medio, como el agua, a una velocidad de fase mayor de la que tendría la luz en ese mismo medio. Así, para detectar los rayos cósmicos, los investigadores miden la luz Cherenkov en el interior de un detector, que consiste en una estructura plástica que contiene 12 toneladas de agua. El observatorio cuenta con 1.600 detectores, repartidos en un área de 3.000 km. cuadrados formando una gran red hexagonal.

Los tiempos de llegada de las partículas a los detectores, medidos con receptores GPS, se utilizan para determinar la dirección desde la que las partículas llegaron, con un margen de error de aproximadamente un grado.

De esta forma, estudiando la distribución de las direcciones de llegada de más de 30.000 partículas cósmicas, los investigadores descubrieron una anisotropía , que es la diferencia en la tasa de llegada de rayos cósmicos según la dirección en que se observe. Y eso significaba que los rayos cósmicos no llegaban uniformemente de todas direcciones, sino que había una dirección concreta de la que parecían llegar más rayos. Esa dirección se desviaba en 90 grados de la que tendrían si procedieran del centro de nuestra propia galaxia, lo que les llevó a concluir que procedían de mucho más lejos.

"Existen otras evidencias -afirma Gregory Snow, coordinador del proyecto en el Observatorio Pierre Auger- pero yo diría que este trabajo realmente confirma que la mayor parte de las partículas de rayos cósmicos de alta energía no proceden de la Vía Láctea ".

Sin embargo, y a pesar de que el hallazgo confirma el origen extragaláctico de los rayos cósmicos , sigue sin aclararse cuál es exactamente su procedencia. Eso es algo que queda para las investigaciones que se sucederán en los próximos años.