Un rayo cósmico raro y extremadamente energético tiene orígenes misteriosos

La partícula "Oh-My-God" tiene un nuevo compañero.

En 1991, los físicos detectaron una partícula del espacio que chocó contra la Tierra con tanta energía que mereció un "¡Dios mío!" Con 320 billones de electronvoltios, o exaelectronvoltios, tenía la energía cinética de una pelota de béisbol que se desplazaba a unos 100 kilómetros por hora.

Ahora, los investigadores informan en la revista Science del 24 de noviembre que se ha encontrado una nueva partícula de energía comparable. Detectada en 2021 por el experimento del Telescope Array cerca de Delta, Utah, la partícula tenía una energía de aproximadamente 240 exaelectronvoltios. Y misteriosamente, los científicos no pueden identificar ninguna fuente cósmica para la partícula.

"Es una cantidad enorme, enorme de energía pero en un objeto muy, muy pequeño", dice el físico de astropartículas John Matthews de la Universidad de Utah en Salt Lake City, portavoz de la colaboración del Telescope Array.

Los rayos cósmicos consisten en protones y núcleos atómicos que se desplazan por el espacio a una amplia gama de energías. Las partículas con energías superiores a 100 exaelectronvoltios son extremadamente raras: en promedio, los científicos estiman que una de esas partículas cae en un kilómetro cuadrado de la superficie de la Tierra cada siglo. Y las partículas de más de 200 exaelectronvoltios son aún más raras, solo se han detectado algunas de esas partículas anteriormente.

Cuando un rayo cósmico golpea la Tierra, choca con un núcleo de un átomo en la atmósfera, creando una cascada de otras partículas que se pueden detectar en la superficie de la Tierra.

Para capturar las partículas más raras y de mayor energía, los científicos construyen grandes arreglos de detectores. El Telescope Array supervisa un área de 700 kilómetros cuadrados utilizando más de 500 detectores hechos de escintilador de plástico, un material que emite luz cuando es golpeado por una partícula cargada. Detectores adicionales miden la luz ultravioleta producida en el cielo por la lluvia de partículas (aunque esos detectores no estaban en funcionamiento durante la llegada de la partícula recientemente informada). Según los momentos en que los detectores individuales de escintilador fueron golpeados por la cascada de partículas, los científicos pueden determinar la dirección del rayo cósmico entrante y utilizar esa información para rastrear su origen.

Los rayos cósmicos de muy alta energía provienen de fuera de la Vía Láctea, pero sus fuentes exactas son desconocidas. La mayoría de los científicos creen que se aceleran en entornos cósmicos violentos, como los chorros de radiación que salen de las áreas alrededor de ciertos agujeros negros supermasivos, o galaxias de estallido estelar que forman estrellas a un ritmo frenético.

Sean cuales sean sus orígenes, las partículas deben provenir del vecindario cósmico relativamente cercano. Esto se debe a que los rayos cósmicos de mayor energía pierden energía a medida que viajan, al interactuar con la radiación de microondas cósmica, el resplandor posterior al Big Bang.

Rastrear la ubicación de la partícula es complicado. "El problema es que cuando detectas un rayo cósmico de alta energía en la Tierra, la dirección de llegada que obtienes no señalará la fuente porque será desviada por... cualquier campo magnético que se interponga en el camino", dice Noémie Globus, colaboradora del Telescopio Array, física de astropartículas de la Universidad de California, Santa Cruz y del Instituto de Investigación RIKEN en Japón.

Los campos magnéticos presentes en la Vía Láctea y en sus alrededores dispersan los rayos cósmicos como la niebla dispersa la luz. Para rastrear la partícula hasta su lugar de origen, los científicos deben tener en cuenta esa dispersión. Pero esa retrotrazabilidad señaló un vacío cósmico, una región del espacio con pocas galaxias en absoluto, y mucho menos con procesos violentos en marcha.

Eso hace que esta partícula sea particularmente interesante, dice la astrofísica Vasiliki Pavlidou de la Universidad de Creta en Heraklion, Grecia. "En realidad, apunta hacia la nada, absolutamente en medio de la nada".

Eso podría indicar que los científicos están pasando algo por alto. Por ejemplo, los investigadores pueden necesitar comprender mejor los campos magnéticos de la galaxia, dice Pavlidou, quien no estuvo involucrada en la investigación.

"Cada vez que ocurre uno de estos eventos de muy alta energía, solo por ser tan raros, es muy importante".