Unos rayos de origen extragaláctico

Granada/La colaboración científica internacional responsable del Observatorio Pierre Auger -en la que participa la Universidad de Granada (UGR)- informa en un artículo publicado en la revista Science sobre una observación que demuestra que los rayos cósmicos de muy alta energía, un millón de veces superior a la de los protones acelerados en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, son de origen extragaláctico.

En los años 60 se estableció la existencia de rayos cósmicos extremadamente energéticos. Desde entonces se ha especulado sobre la posibilidad de que estas partículas se produzcan tanto en nuestra propia galaxia como en lugares mucho más lejanos. La solución al misterio ha llegado ahora, más de medio siglo después, con la detección de partículas con una energía media de 2 julios en el Observatorio Pierre Auger en Argentina, al confirmar que la cantidad de partículas que llegan en una dirección, alejada 120 grados del centro de nuestra galaxia, es un 6% mayor que en la dirección opuesta.

En la actualidad, dos instituciones españolas participan activamente en el análisis de datos de la colaboración Pierre Auger: la UGR y el Instituto Galego de Física de Altas Enerxías (IGFAE) de la Universidad de Santiago de Compostela, con un total de seis profesores e investigadores y cuatro estudiantes de doctorado. El grupo de la UGR, dirigido por el profesor Antonio Bueno, centra su interés en entender qué tipo de núcleos componen el flujo de rayos cósmicos ultraenergéticos que bombardean la atmósfera. Estas medidas son esenciales para identificar cuáles son las fuentes de producción de esta radiación cósmica.

Usando los tiempos de llegada de las partículas a los detectores de superficie del Observatorio Auger, el grupo de Granada ha obtenido una primera evidencia experimental de que, a las energías más extremas, el flujo parece contener partículas ligeras (protones). Esta información hace aún más relevante la mejora de los detectores de superficie, AugerPrime, pues incrementa las posibilidades de resolver en un futuro próximo el misterio del origen de las partículas más energéticas jamás detectadas.

En palabras del profesor de la Universidad de Wuppertal (Alemania) y portavoz de la Colaboración Auger Karl-Heinz-Kampert, "ahora estamos considerablemente más cerca de resolver el misterio de dónde y cómo se crean estas partículas, una pregunta de enorme interés para la Astrofísica. Nuestras observaciones representan una evidencia de que los lugares en los que se aceleran están más allá de la Vía Láctea". El profesor de la Universidad de Leeds (Reino Unido) y portavoz emérito Alan Watson considera que este resultado "es uno de los más emocionantes que hemos obtenido, y que responde a una de las preguntas clave que se pretendía responder cuando fue concebido este Observatorio por Jim Cronin y por mí mismo hace más de 25 años".

Los rayos cósmicos son núcleos atómicos de diferentes elementos, desde los más ligeros como el hidrógeno, con sólo un protón, hasta los más pesados como el hierro. Estas 'lluvias', que contienen más de 10.000 millones de partículas, se detectan porque producen una onda de choque de luz en el agua -luz Cherenkov- al atravesar algunos de los 1.600 detectores del Observatorio Auger, cada uno con 12 toneladas de agua, que están esparcidos en 3.000 kilómetros cuadrados al oeste de Argentina, en una superficie comparable con la isla de Mallorca. Los tiempos de llegada de estas partículas en los detectores, medidos con receptores GPS, se usan para establecer la dirección de llegada del rayo cósmico con una precisión mejor que un grado.

Estudiando la distribución de las direcciones de llegada de más de 30.000 partículas cósmicas, la Colaboración Auger ha descubierto un exceso, que demuestra que hay una probabilidad entre 10 millones de que el resultado sea fruto de la casualidad, en una dirección en la que la distribución de galaxias es relativamente alta. Aunque esto apunta al origen extragaláctico de estas partículas, todavía no pueden ser nítidamente especificadas las fuentes que las producen.

"Se trata de un descubrimiento que demuestra que las direcciones de los rayos cósmicos más energéticos poseen valiosa información, poniendo de relieve la importancia del proyecto de mejora del Observatorio, todavía en construcción, para poder extraerla con mayor eficacia. El avance ha sido posible gracias al amplio campo de visión del Observatorio, que, a pesar de estar en el Hemisferio Sur, mide con precisión rayos cósmicos que proceden de gran parte del Hemisferio Norte. Esto ha sido posible gracias a que se ha conseguido analizar los rayos cósmicos que inciden con una inclinación entre 60 y 80 grados con la vertical", según explica el líder científico del Observatorio en España y miembro de este centro de investigación Enrique Zas.

Existen rayos cósmicos con energías todavía mayores que los que se han utilizado en este trabajo, con una energía cinética más propia de una pelota de tenis bien golpeada por Rafa Nadal que de una partícula subatómica. Como se espera que las desviaciones de estas partículas sean inferiores, las direcciones de llegada deberían apuntar mejor a los lugares donde se crearon. Estos rayos cósmicos, que son todavía menos frecuentes, son objeto de intensos estudios con el objetivo de determinar cuáles son los objetos extragalácticos capaces de producirlos.

"Conocer mejor la naturaleza de estas partículas será de gran ayuda para poder realizar dicha identificación. Existen planes de trabajo para llevar a cabo este objetivo gracias al programa de mejora del Observatorio Pierre Auger que se espera completar en 2018", indica el profesor de la UGR y coportavoz del Observatorio Antonio Bueno.