Detectan el impacto de los rayos cósmicos más energéticos nunca observados, y su fuente está cerca de la Tierra

En forma de rayos X, ondas de radio o rayos gamma, esa energía llega hasta la Tierra sin apenas ser molestada, y nos revela muchos de los secretos que ocultan sus fuentes. Pero en el caso de las partículas cargadas, también llamadas 'rayos cósmicos', las cosas no son tan sencillas, porque esas partículas son sacudidas continuamente por los omnipresentes campos magnéticos que llenan el Universo, y cuando llegan a nuestro planeta, lo hacen de forma 'isotrópica', es decir, desde todas las direcciones.

Por si fuera poco, estas partículas cargadas no llegan 'de una pieza', sino que pierden parte de su energía en el camino, a medida que interactúan con la luz y los campos magnéticos en el espacio. Esto es especialmente cierto en el caso de los electrones y positrones más energéticos, conocidos como 'electrones de rayos cósmicos' (CRe) y cuya energía supera un teraelectronvoltio (TeV), es decir, un billón de veces mayor que la de la luz visible. Por tanto, resulta imposible determinar el punto de origen de tales partículas cargadas en el espacio, aunque los científicos creen que su detección en la Tierra es un claro indicador de que, cerca de ella, existen potentes aceleradores de partículas que no podemos ver.

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Por todas estas razones, observar electrones y positrones con energías de varios teraelectronvoltios es una tarea enormemente complicada. Y es que los detectores espaciales, que cubren áreas de aproximadamente un metro cuadrado, no pueden capturar una cantidad suficiente de ellos, que son cada vez más raros cuanto mayor es su energía.

Algo más sencillo resulta detectarlos con los instrumentos terrestres, aunque esa detección es siempre 'indirecta', es decir, que no se ven los rayos cósmicos en sí, sino las 'cascadas' de partículas que se generan cada vez que un electrón (o un positrón) choca contra alguna partícula de la atmósfera. Incluso en estos casos los investigadores se enfrentan al desafío de diferenciar las lluvias provocadas por electrones o positrones de los rayos cósmicos de las lluvias, mucho más frecuentes, producidas por el impacto de protones y núcleos de rayos cósmicos, mucho más pesados.

Y ahí es donde entra en juego el Observatorio H.E.S.S. (Sistema estereoscópico de Alta Energía), una colaboración internacional ubicada en Namibia y que utiliza cinco grandes telescopios para capturar y registrar la débil radiación Cherenkov emitida por las partículas fuertemente cargadas que ingresan a la atmósfera terrestre, produciendo una lluvia de otras partículas a su paso.

Aunque el objetivo principal del Observatorio es detectar y seleccionar rayos gamma para investigar sus fuentes, los datos que recopila también se pueden utilizar para buscar electrones de rayos cósmicos. Y ahora, en el mayor análisis llevado a cabo hasta el momento, los científicos de H.E.S.S. han conseguido nueva y valiosa información sobre la posible fuente de estas partículas.

Para ello tuvieron que analizar el enorme conjunto de datos recopilados a lo largo de una década por los varios telescopios de 12 metros del observatorio, aplicando algoritmos de selección nuevos y más potentes capaces de extraer los electrones de rayos cósmicos del ruido de fondo con una eficiencia sin precedentes. Lo cual dio como resultado un conjunto incomparable de datos estadísticos para el análisis de electrones de rayos cósmicos.

Más específicamente, los investigadores del H.E.S.S. han conseguido, por primera vez, datos de electrones espaciales en los rangos de energía más altos, hasta 40 TeV. Lo que les permitió identificar una ruptura sorprendentemente marcada en la distribución de energía en estas partículas espaciales. El trabajo se acaba de publicar en 'Physical Review Letters'.

«Se trata de un resultado importante -explica Kathrin Egberts, de la Universidad de Potsdam y coautora del estudio-, ya que podemos concluir que los electrones de rayos cósmicos medidos probablemente vienen de muy pocas fuentes cercanas a nuestro propio sistema solar, hasta un máximo de unos escasos 1000 años luz, una distancia muy pequeña en comparación con el tamaño de nuestra galaxia».

«Con nuestro análisis detallado -dice por su parte el también coautor Werner Hofmann- pudimos por primera vez imponer restricciones estrictas al origen de estos electrones cósmicos». El trabajo, en resumen, proporciona datos en un rango energético crucial y previamente inexplorado, algo que afecta la comprensión de nuestro entorno más cercano, y proporciona un punto de referencia para futuros estudios en los próximos años.