Miércoles, 17 de Octubre de 2018

Tras el origen de los rayos cósmicos

PerúEl Comercio, Perú 17 de octubre de 2018

Para conocer su procedencia se necesitaron muchos años de observación y seguimiento a las partículas que dejan al entrar en contacto con la Tierra.

Por tomás unger



Amitades del siglo pasado la estructura del átomo ya estaba determinada y comprobada. Sin embargo, estaba en pleno desarrollo la física de las partículas subatómicas, que se completó con el descubrimiento del bosón de Higgs ?postulado por primera vez hace más de 50 años?. Su existencia fue comprobada en el gran colisionador de partículas de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) en el 2012. Es así como se completó el modelo estándar de partículas elementales.





?El neutrino?





Ya en 1930, Wolfgang Pauli postuló la existencia de una partícula sin masa ni carga eléctrica, a la que llamó neutrón. Sin embargo, dos años más tarde, James Chadwick descubrió una partícula nuclear masiva a la que también llamó neutrón. Al no poder haber dos partículas distintas con el mismo nombre, Enrico Fermi propuso el nombre ?neutrino?, diminutivo de ?neutrón? en italiano. Fue el nombre que quedó.





En 1956, dos físicos de la Universidad de Michigan (EE.UU.) detectaron por primera vez un neutrino, lo que ?40 años más tarde, en 1995? les valió el Premio Nobel de Física.





El neutrino reacciona solo ante la fuerza débil subatómica y la gravedad. Según el modelo estándar, esta partícula no tiene masa. Sin embargo, una serie de experimentos recientes de gran precisión sugieren que sí la tiene, pero esta es menor que una millonésima del electrón, la que a su vez es mínima comparada con el núcleo atómico. La falta de carga eléctrica y masa hace al neutrino la partícula más numerosa del universo, pero a la vez es la más difícil de detectar.





?La identificación?





Alrededor del Sol, apuntando perpendicularmente a su centro, unos 60 mil millones de neutrinos pasan por cada centímetro cuadrado cada segundo. Atraviesan la materia sin problemas. Del mismo modo, millones de neutrinos pasan a través de nuestros cuerpos y siguen su camino, casi a la velocidad de la luz. Las rarísimas ocasiones en que un neutrino choca con una parte específica de un núcleo atómico emite una breve luz.





Para detectar un choque hay que estar protegido, evitar otras radiaciones. En el mundo hay varios observatorios de neutrones. Por ejemplo, el Super-Kamiokande, en Japón, está en una mina a un kilómetro de profundidad. Tiene ahí un tanque de 40 metros con 50 mil toneladas de agua, un sistema de detectores que capta la radiación y que se activa cuando un neutrino choca con un núcleo atómico.





Instalaciones similares hay debajo del monte Gran Sasso, en Italia. La Universidad de Stanford (EE.UU.) tiene uno en una mina de oro abandonada en Dakota del Sur. En Rusia está el observatorio de neutrinos de Baksan, debajo de más de 3 mil metros de roca.





Está también el ?cubo de hielo?, ubicado en la Antártida, cerca de la base estadounidense Scott-Amulsen. Es el observatorio de neutrinos más barato de mantener, ya que los detectores que lo rodean, cuando registran información, la envían directamente a los observatorios en EE.UU., Europa y Asia. En noviembre del 2013, el ?cubo de hielo? detectó 28 neutrinos que se originaron fuera del sistema solar.





?Rayos cósmicos?





Los llamados rayos cósmicos son radiaciones de alta energía generados fuera del sistema solar. Al chocar con la atmósfera terrestre producen partículas que ocasionalmente llegan hasta al suelo. El telescopio espacial Fermi ha descubierto que una buena parte de rayos cósmicos se origina en las explosiones de las supernovas.





Los quásares ?núcleos activos de galaxias? también producen rayos cósmicos. El más reciente en ser detectado es el blazar TXS 0506+056. Hay que tener en cuenta que un blazar es un quásar cuyo haz de radiación apunta directamente a la Tierra. Esta radiación, que va acompañada con neutrinos, fue captada también en otros observatorios de neutrinos.





El mayor interés en este caso es ubicar el origen de los neutrinos. Dado que no tienen ni carga eléctrica ni masa, no se desvían en el camino y dan la ubicación exacta del punto de origen de la radiación. En el caso del blazar TXS 0506+056, ubicado en la constelación de Orión, también se está emitiendo rayos X y gamma.





Antes de este evento espacial ?identificado en setiembre del año pasado? el más importante para la astronomía de neutrinos fue en 1987. En ese entonces, 25 neutrinos fueron detectados en la Tierra al mismo tiempo que se registró la explosión de la supernova en la Gran Nube de Magallanes, una de nuestras galaxias satélites.





La supernova de 1987 ocurrió a solo 168 mil años luz de distancia de la Tierra. Esto hace que dicha supernova sea la más cercana observada desde la registrada por Johannes Kepler en 1604. Esta fue la primera oportunidad para que astrónomos modernos, con todos los instrumentos y satélites a su disposición, pudieran observar la explosión y el colapso de una supernova.





?La fuente de rayos cósmicos?





Gracias a la dirección no alterada de los neutrinos que fueron detectados el año pasado, todos los telescopios inmediatamente se dirigieron al punto donde se originaron. Como mencionamos antes, este resultó ser una galaxia ubicada a 5.700 millones de años luz de la Tierra.





El blazar TXS es un quásar cuyas emisiones son originadas por un agujero negro supermasivo que emite rayos cósmicos, fotones de alta energía y neutrinos. El blazar, como todos los núcleos activos de las galaxias, emite energía gracias al material que cae permanentemente en el agujero negro al centro de la galaxia. Así, gracias a que tenemos observatorios de neutrinos que logran capturar unos cuantos y detectar su punto de origen, se ha podido, después de muchos años de observarlos, conocer el origen de los rayos cósmicos.