Los rayos cósmicos de energía ultraalta, que emergen en entornos astrofísicos extremos, como los entornos turbulentos cerca de los agujeros negros y las estrellas de neutrones, tienen mucha más energía que las partículas energéticas que emergen de nuestro sol. De hecho, las partículas que componen estas corrientes de energía tienen alrededor de 10 millones de veces la energía de las partículas aceleradas en el entorno de partículas más extremo de la Tierra, el Gran Colisionador de Hadrones creado por el hombre.
¿De dónde viene toda esa energía? Durante muchos años, los científicos creyeron que se debía a choques que ocurren en ambientes astrofísicos extremos, cuando, por ejemplo, una estrella explota antes de formar un agujero negro, provocando una enorme explosión que levanta partículas.
Esa teoría era plausible, pero, según una nueva investigación publicada esta semana en Las cartas del diario astrofísicolas observaciones se explican mejor mediante un mecanismo diferente. Los investigadores descubrieron que la fuente de energía de los rayos cósmicos es más probable que sea la turbulencia magnética. Los autores del artículo descubrieron que los campos magnéticos en estos entornos se enredan y giran, acelerando rápidamente las partículas y aumentando drásticamente su energía hasta un corte abrupto.
«Estos hallazgos ayudan a resolver preguntas persistentes que son de gran interés tanto para los astrofísicos como para los físicos de partículas sobre cómo estos rayos cósmicos obtienen su energía», dijo Luca Comisso, científico investigador asociado en el Laboratorio de Astrofísica de Columbia y uno de los autores del artículo.
El artículo complementa la investigación publicada el año pasado por Comisso y sus colaboradores sobre las partículas energéticas del sol, que también descubrieron que emergen de campos magnéticos en la corona solar. En ese artículo, Comisso y sus colegas descubrieron formas de predecir mejor dónde emergerían esas partículas energéticas.
Los rayos cósmicos de energía ultraalta son órdenes de magnitud más poderosos que las partículas energéticas del sol: pueden alcanzar hasta 1020 electronvoltios, mientras que las partículas del Sol pueden alcanzar hasta 1010 electronvoltios, una diferencia de magnitud de 10 órdenes. (Para dar una idea de esta enorme diferencia de escala, consideremos la diferencia de peso entre un grano de arroz con una masa de aproximadamente 0,05 gramos y un Airbus A380 de 500 toneladas, el avión de pasajeros más grande del mundo.) «Es interesante que estos dos entornos extremadamente diferentes tienen algo en común: sus campos magnéticos están muy enredados y esta naturaleza enredada es crucial para energizar las partículas», dijo Comisso.
«Sorprendentemente, los datos sobre rayos cósmicos de energía ultraalta claramente prefieren las predicciones de turbulencia magnética a las de aceleración de choque. Este es un verdadero avance para el campo», dijo Glennys R. Farrar, autor del artículo y profesor de física. en la Universidad de Nueva York.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias.
