Se detecta Amaterasu... ¡el segundo rayo cósmico de mayor energía jamás visto!

En 1991, el experimento Fly's Eye de la Universidad de Utah detectó el rayo cósmico de mayor energía jamás observado. Denominada posteriormente la partícula Oh-My-God (Oh-Dios-Mío), la energía del rayo cósmico conmocionó a los astrofísicos. Nada en nuestra galaxia tenía el poder de producirlo, y la partícula tenía más energía de la que era teóricamente posible para los rayos cósmicos que viajan a la Tierra desde otras galaxias. En pocas palabras, la partícula no debería existir. 

Desde entonces, el Telescope Array ha observado más de 30 rayos cósmicos de energía ultraelevada, aunque ninguno cercano al nivel de energía de Oh-My-God. Ninguna observación ha revelado aún su origen o cómo son capaces de viajar hasta la Tierra. 

Pero... volvió a pasar  

Ilustración artística del rayo cósmico extremadamente energético observado por un conjunto de detectores de superficie del experimento Telescope Array, denominado "partícula Amaterasu" // Crédito: UNIVERSIDAD METROPOLITANA DE OSAKA/L-INSIGHT, UNIVERSIDAD DE KYOTO/RYUUNOSUKE TAKESHIGE

El 27 de mayo de 2021, el experimento Telescope Array detectó el segundo rayo cósmico de energía extrema más potente. Con 2,4 x 1020eV, la energía de esta partícula subatómica equivale a dejar caer un ladrillo sobre un dedo del pie desde la altura de la cintura.  

Dirigido por la Universidad de Utah y la Universidad de Tokio, el Telescope Array consta de 507 estaciones detectoras de superficie dispuestas en una cuadrícula que abarca 700 km2 a las afueras de Delta (Utah), en el desierto occidental del estado. El evento activó 23 detectores en la región noroeste del Telescope Array, salpicando 48 km2 (18,5 mi2). Su dirección de llegada parecía proceder del Vacío Local, una zona vacía del espacio que bordea la Vía Láctea. 

En su observación, publicada el 23 de noviembre de 2023 en la revista Science, la colaboración internacional de investigadores del Telescope Array describe el rayo cósmico de ultra alta energía, evalúa sus características y concluye que este extraño fenómeno podría obedecer a una física de partículas desconocida para la ciencia.  

Los investigadores la bautizaron con el nombre de partícula Amaterasu, en honor a la diosa del Sol de la mitología japonesa. Las partículas Oh-My-God y Amaterasu se detectaron utilizando diferentes técnicas de observación, lo que confirma que, aunque raros, estos fenómenos de energía ultraelevada son reales. 

Aceleradores naturales de partículas 

Ilustración artística de la astronomía de rayos cósmicos de ultra alta energía para esclarecer fenómenos extremadamente energéticos // Crédito: UNIVERSIDAD METROPOLITANA DE OSAKA/UNIVERSIDAD DE KIOTO/RYUUNOSUKE TAKESHIGE

Los rayos cósmicos son ecos de violentos acontecimientos celestes que han despojado a la materia de sus estructuras subatómicas y la han lanzado a través del universo a casi la velocidad de la luz.

En esencia, los rayos cósmicos son partículas cargadas con una amplia gama de energías que consisten en protones positivos, electrones negativos o núcleos atómicos enteros que viajan por el espacio y llueven sobre la Tierra casi constantemente. 

Los rayos cósmicos golpean la atmósfera superior de la Tierra y hacen estallar el núcleo del gas, oxígeno y nitrógeno, generando muchas partículas secundarias. Éstas recorren una corta distancia en la atmósfera y repiten el proceso, formando una lluvia de miles de millones de partículas secundarias que se dispersan hacia la superficie.  

La huella de esta lluvia secundaria es enorme y requiere que los detectores cubran un área tan grande como la del Telescope Array. Los detectores de superficie utilizan un conjunto de instrumentos que proporcionan a los investigadores información sobre cada rayo cósmico: la temporización de la señal muestra su trayectoria y la cantidad de partículas cargadas que golpean cada detector revela la energía de la partícula primaria. 

Dado que las partículas tienen carga, su trayectoria de vuelo se asemeja a la de una bola en un pinball mientras zigzaguean contra los campos electromagnéticos a través del fondo cósmico de microondas. Es casi imposible seguir la trayectoria de la mayoría de los rayos cósmicos, que se sitúan en el extremo inferior o medio del espectro energético. Incluso los rayos cósmicos de alta energía se ven distorsionados por el fondo de microondas.  

Ampliación de la huella 

El Telescope Array se encuentra en una posición única para detectar rayos cósmicos de energía ultraalta

El Telescope Array se encuentra en una posición única para detectar rayos cósmicos de energía ultraalta. Se encuentra a unos 1.200 m, el punto óptimo de elevación que permite el máximo desarrollo de las partículas secundarias, pero antes de que empiecen a decaer. Su ubicación en el desierto occidental de Utah ofrece condiciones atmosféricas ideales en dos sentidos: el aire seco es crucial porque la humedad absorberá la luz ultravioleta necesaria para la detección; y los cielos oscuros de la región son esenciales, ya que la contaminación lumínica crearía demasiado ruido y oscurecería los rayos cósmicos.