Un raio cósmico ou partícula extragaláctica de alta enerxía chegou desde o espazo á superficie da Terra, pero non se sabe de onde procede nin que é exactamente. Aínda que pareza ciencia ficción, este fenómeno ocorreu e rexistrouno un equipo internacional de investigadores liderado polo profesor Toshihiro Fujii da Universidade Metropolitana de Osaka (Xapón).

Os chamados raios cósmicos de ultra alta enerxía (UHECR, polas súas siglas en inglés) son excepcionalmente raros: poden alcanzar máis dun exaelectronvoltio (EeV), que é aproximadamente un millón de veces máis que o que alcanzan os aceleradores de partículas máis potentes fabricados polo ser humano.

Publicidade

Aínda que os de baixa enerxía proceden principalmente do Sol, crese que a orixe dos UHECR está relacionado cos fenómenos máis enerxéticos do universo, como os buracos negros, os estalidos de raios gamma e os núcleos galácticos activos. Con todo, aínda se descoñece gran parte da física e os mecanismos de aceleración destas partículas.

Raios cósmicos de ultra alta enerxía como este son excepcionalmente raros

Perseguindo estes raios, Fujii e un equipo científico de varios países levan a cabo desde 2008 o experimento Telescope Array. Este sistema especializado en raios cósmicos consta de 507 estacións con detectores de escintilación, que cobren unha extensa área de 700 quilómetros cadrados no deserto de Utah (EE UU).

Como a chegada dos UHECR máis enerxéticos é tan infrecuente –calcúlase que menos dunha partícula por século e quilómetro cadrado–, a súa detección require instrumentos con grandes áreas colectoras como este. Despois, os seus datos transfírense automaticamente a servidores de Xapón e outros países da colaboración internacional.

Segundo raio cósmico con maior enerxía

Así, o 27 de maio de 2021, os investigadores detectaron unha partícula cun nivel de enerxía de 244 EeV, segundo informan na revista Science. “Cando descubrín por primeira vez este raio cósmico de enerxía tan elevada, pensei que debía ser un erro, xa que mostraba un nivel de enerxía sen precedentes nas últimas tres décadas”, lembra Fujii.

Este nivel de enerxía é comparable ao do raio cósmico máis enerxético xamais observado, alcumado a partícula Oh-My-God (Oh, Deus meu, en galego), que tiña unha enerxía estimada de 320 EeV cando se detectou en 1991. A que se atopou agora, con 244 EeV, convértese na segunda máis enerxética.

Dada a enerxía excepcionalmente alta desta partícula, os autores sinalan que só debería experimentar desviacións relativamente pequenas polos campos magnéticos situados en primeiro plano e, por tanto, esperaríase que a súa traxectoria de entrada desde o espazo estivese estreitamente correlacionada coa súa fonte.

Apunta cara a un baleiro na estrutura do universo

Con todo, os resultados mostran que a súa dirección de chegada non mostra ningunha galaxia de orixe obvia, nin ningún outro obxecto astronómico coñecido que se considere fonte potencial de UHECR. Pola contra, apunta cara a un baleiro na estrutura a gran escala do universo, unha rexión na que residen moi poucas galaxias.

En honra á deusa do Sol

De entre os moitos candidatos a dar nome á partícula, o profesor Fujii e os seus colegas decantáronse por “Amaterasu”, en honra á deusa do sol que, segundo as crenzas sintoístas, desempeñou un papel decisivo na creación de Xapón.

A partícula Amaterasu é quizais tan misteriosa como a propia deusa xaponesa: de onde procede? que é exactamente?

A partícula Amaterasu é quizais tan misteriosa como a propia deusa xaponesa. De onde procede? Que é exactamente? Estas preguntas seguen sen resposta, aínda que os autores confían en que o seu achado achande o camiño para esclarecer as orixes dos raios cósmicos e, concretamente, deste.

Hipótese sobre a súa misteriosa orixe

Os resultados poderían indicar que se produce unha desviación magnética moito maior que a predita polos modelos de campo magnético galáctico, que a partícula procede dunha fonte non identificada aínda na veciñanza extragaláctico local, ou mesmo que a comprensión que hoxe se ten da física de partículas de alta enerxía asociada a estes raios está incompleta.

“Non se identificou ningún obxecto astronómico prometedor que coincida coa dirección desde a que chegou o raio cósmico, o que suxire posibilidades de fenómenos astronómicos descoñecidos e orixes físicas novas”, reflexiona Fujii.

Non se identificou ningún obxecto astronómico que coincida coa dirección desde a que chegou este raio cósmico

TOSHIHIRO FUJII, investigador da Universidade Metropolitana de Osaka

O profesor xaponés detalla a SINC: “Pode estar asociada a fenómenos extremadamente enerxéticos, como estalidos de raios gamma ou núcleos galácticos activos, pero outra posibilidade é pensar nun escenario exótico como a desintegración de materia escura superpesada, unha nova partícula, a partir de física descoñecida máis alá do modelo estándar”.

Ademais de seguir operando o experimento Telescope Array, o investigador adianta os próximos pasos: “Necesitamos unha gran cantidade de partículas enerxéticas deste tipo mediante a toma de máis datos e a actualización do noso experimento, denominado TAx4, con sensibilidades cuádruplas, e tamén se necesita un observatorio de nova xeración para aclarar a fonte” deste enerxético e enigmático raio cósmico.

Referencia: An extremely energetic cosmic ray observed by a surface detector array (Publicado en Science)