Más adelante en el camino celestial hacia el origen de los rayos cósmicos de energía extrema
Los rayos cósmicos de ultraalta energía(se abrirá en una nueva ventana) (UHECR, por sus siglas en inglés) son las partículas más energéticas jamás medidas. Según Ioana Maris(se abrirá en una nueva ventana) de la ULB(se abrirá en una nueva ventana), con aproximadamente un millón de veces más energía que las partículas producidas en el mayor colisionador de hadrones del CERN, estas energías son inalcanzables para los aceleradores fabricados por el hombre. Y añade: «Se ha calculado que solo cuatro partículas podrían encender una bombilla de 60 W durante un segundo». «Los UHECR son mensajeros de los fenómenos más violentos de nuestro universo, lo cual ofrece una oportunidad única para explorar la física de partículas fundamental. Sin embargo, a pesar de que ahora sabemos que son extragalácticas, aún no sabemos exactamente dónde se produjeron ni cómo las acelera una galaxia», afirma Maris, coordinador del proyecto GADGET, financiado con fondos europeos y creado para sondear estas cuestiones. Al ser partículas cargadas, gracias a los campos magnéticos galácticos y extragalácticos presentes en todo el universo, los UHECR no viajan en línea recta. Por lo tanto, el cálculo de su trayectoria depende de un conocimiento detallado de estos campos magnéticos. El trabajo de GADGET se centró en mejorar el modelado del campo magnético, introducir nuevas mediciones y comprender los efectos de los fenómenos locales, que han demostrado ser cruciales para la precisión del modelado.
Creación de una descripción tridimensional del campo magnético
Antes de GADGET, el colaborador del proyecto Michael Unger(se abrirá en una nueva ventana) y sus colegas habían creado modelos de campo magnético tridimensional utilizando dos conjuntos de mediciones: radiación de sincrotrón(se abrirá en una nueva ventana) y rotaciones de Faraday(se abrirá en una nueva ventana). La radiación sincrotrón difusa (electromagnética) la emiten los electrones de la Vía Láctea que giran en espiral alrededor de campos magnéticos a longitudes de onda de radio y velocidades proporcionales a la trayectoria curva creada por el campo magnético, mientras que la rotación Faraday de la polarización de la luz procedente de fuentes distantes, como los púlsares, depende de la intensidad del campo magnético. La contribución de GADGET fue introducir conocimientos sobre los efectos del universo local. «Vivimos en un vacío local, la llamada “burbuja local”, donde la materia que nos rodea tiene una densidad unas veinte veces menor que el medio interestelar, probablemente debido a múltiples explosiones de supernovas que arrasaron la materia e influyeron en los campos magnéticos», explica Maris. A partir de mapas de densidad de polvo, Vincent Pelgrims(se abrirá en una nueva ventana), becario de las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), desarrolló un modelo que explica cómo estas violentas explosiones de supernovas influyen en el campo magnético, lo cual le permitió deducir la forma de la Burbuja Local y, así modelar el campo magnético del universo local. Combinado con el trabajo de Michael, ello ofrece información valiosa sobre la forma del campo magnético galáctico. «La inclusión de los hallazgos de GADGET cambió la interpretación de la radiación sincrotrón, especialmente a grandes latitudes, subrayando la importancia de tener en cuenta la Burbuja Local al modelizar los campos magnéticos galácticos», explica Maris.
Retroceder hasta el punto de origen
Un desafío clave al investigar los UHECR es su rareza: solo una partícula por kilómetro cuadrado por siglo llega a la Tierra (alrededor de diez mil partículas diarias). Si bien es imposible construir un detector del tamaño de la Tierra, el más grande, el Observatorio Pierre Auger en Argentina, ha estado registrando datos desde 2004, lo cual permite a los investigadores medir más de 100 partículas en las energías más altas. La colaboración del equipo con el Observatorio, recientemente mejorado con detectores adicionales para aumentar la sensibilidad y la precisión, ofrece la posibilidad muy real de localizar el origen de los UHECR, cuyos primeros resultados se presentaron recientemente en una serie de conferencias. «Retroceder o rastrear el origen de los UHECR sería imposible sin nuestra explicación de la influencia de los campos magnéticos», señala Maris. «Hemos visto indicios de que los UHECR podrían producirse en galaxias con brotes estelares con tasas muy elevadas de formación de estrellas nuevas, o en la región de Centaurus. Me entusiasma la idea de que pronto podamos desvelar el misterio de estas enigmáticas partículas de alta energía».