Misterio en el Cosmos: A Telescope Array Detecta una Partícula Extraterrestre de Energía Ultra Alta Sin una Fuente Obvia

Ilustración del artista del rayo cósmico extremadamente energético observado por una matriz de detectores de superficie del experimento Telescopio Array, llamado "partícula Amaterasu". Crédito: Universidad Metropolitana de Osaka/L-INSIGHT, Universidad de Kyoto/Ryuunosuke Takeshige

Una detección innovadora de un rayo cósmico extremadamente energético por parte del experimento Telescopio Array plantea preguntas sobre su origen, ya que apunta a un vacío cósmico, desafiando las teorías actuales sobre el origen de los rayos cósmicos y la física de alta energía.

Los investigadores involucrados en el experimento Telescopio Array han anunciado la detección de un rayo cósmico extraordinariamente energético. Esta partícula, que se originó más allá de nuestra galaxia, posee un nivel de energía asombroso de más de 240 exavoltios-electrón (EeV). A pesar de este hallazgo notable, su fuente exacta sigue siendo elusiva, ya que su dirección de llegada no apunta a ninguna entidad astronómica conocida.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas subatómicas del espacio, siendo los rayos cósmicos ultraenergéticos (UHECRs) un tipo raro y excepcionalmente poderoso. Estos UHECRs tienen energías superiores a 1 EeV, que es aproximadamente un millón de veces más alta que la energía alcanzada por los aceleradores de partículas hechos por el ser humano. Se cree que se originan en los fenómenos más energéticos del Universo, como aquellos que involucran agujeros negros, estallidos de rayos gamma y núcleos galácticos activos. Sin embargo, todavía no se comprenden completamente su física y mecanismos de aceleración. La naturaleza infrecuente de estos rayos cósmicos altamente energéticos, estimada en menos de una partícula por siglo por kilómetro cuadrado, hace que su detección sea un evento raro, que requiere instrumentos con vastas áreas de recolección.

Ilustración del artista de la astronomía de rayos cósmicos de ultra alta energía para aclarar fenómenos extremadamente energéticos en contraste con un rayo cósmico más débil que se ve afectado por campos electromagnéticos. Crédito: Universidad Metropolitana de Osaka/Universidad de Kyoto/Ryuunosuke Takeshige

El experimento Telescopio Array (TA), una matriz de detectores de superficie a gran escala en Utah con un área de detección efectiva de 700 kilómetros cuadrados, detectó con éxito un UHECR con una energía innovadora de aproximadamente 244 EeV el 27 de mayo de 2021.

Dada la energía excepcionalmente alta de la partícula, los investigadores señalan que solo debería experimentar desviaciones relativamente menores por parte de los campos magnéticos del primer plano y, por lo tanto, se espera que su dirección de llegada esté más estrechamente correlacionada con su fuente. Sin embargo, los hallazgos muestran que su dirección de llegada no muestra ninguna galaxia fuente obvia ni ningún otro objeto astronómico conocido que se cree que son fuentes potenciales de UHECRs.

En cambio, su dirección de llegada apunta al vacío en la estructura a gran escala del Universo, una región donde residen muy pocas galaxias. Los científicos sugieren que esto podría indicar una desviación magnética mucho mayor de la predicha por los modelos de campo magnético galáctico, una fuente no identificada en el vecindario extragaláctico local o una comprensión incompleta de la física de partículas de alta energía asociada.