Cada vez más cerca de revelar los misterios de los rayos cósmicos más energéticos del Universo

Distintos avances tecnológicos, como el telescopio espacial Probe of Extreme Multi-Messenger Astrophysics (POEMMA), que la NASA podría lanzar en la década de 2030, o nuevos hallazgos sobre el papel de los núcleos galácticos activos (AGN), nos permitirán descubrir el origen de las emisiones energéticas más potentes en el cosmos, como los rayos cósmicos de energía extrema (EECR), ampliando nuestra visión del Universo.

Treinta años atrás, la detección de la partícula más energética jamás vista, apodada partícula OMG en referencia a la frase "Oh My God" en inglés, inició una serie de nuevas investigaciones en el campo de los rayos cósmicos. Desde entonces, hemos identificado muchos más rayos cósmicos de ultra alta energía, y ahora estamos desentrañando el misterio de su origen y naturaleza.

Nuevos estudios sobre fenómenos como los núcleos galácticos activos (AGN) o un telescopio espacial de mil millones de dólares, que puede monitorear regiones aún más grandes de la atmósfera terrestre y estaría operativo en 2030, son las llaves para revelar el origen de los rayos cósmicos de mayor energía. Según los científicos, este hallazgo tendría implicaciones claves para nuestra comprensión del Universo.

Una lluvia de energía cósmica

Según un artículo publicado en New Scientist, cuando los rayos cósmicos golpean nuestra atmósfera chocan con las moléculas presentes en ella, produciendo una “lluvia” de partículas energéticas. Estos “desprendimientos” de la partícula original aún contienen mucha energía, y hasta pueden interfieren con la electrónica de los aviones.

Precisamente, es esta lluvia de partículas secundarias la que hemos aprendido a detectar con el paso de las décadas, haciendo posible inferir la energía del rayo cósmico que la produjo. Gracias a esto, los científicos saben que los rayos cósmicos presentan distintos rangos de energías. Los menos energéticos son los más comunes: cada centímetro cuadrado de la atmósfera exterior es golpeado una vez por minuto por uno de ellos. En tanto, los más enérgicos son mucho más extraños, ya que solo impactan una vez por siglo por kilómetro cuadrado de la atmósfera.

De esta manera, detectarlos es casi como encontrar una aguja en un pajar: frente a esto, la ciencia ha intentado avanzar, desde la identificación de la partícula OMG en octubre de 1991 hasta hoy, en nuevas técnicas e instrumentos capaces de detectar los rayos cósmicos ultra energéticos, que viajan a una velocidad cercana a la de la luz y concentran increíbles cantidades de energía.

Rastreando su origen

¿De dónde provienen estos rayos cósmicos extremos? Una probabilidad son los núcleos galácticos activos o AGN, áreas densas y altamente luminosas en el centro de algunas galaxias, que albergan un agujero negro supermasivo. Son relativamente comunes, ya que aproximadamente una de cada mil galaxias tiene un AGN. 

Según los científicos, los AGN pueden disparar chorros de plasma sobrecalentado, que a su vez producen constantemente ondas de choque cuando afectan el espacio intergaláctico circundante: dichas reacciones podrían generar partículas OMG y transformarse en “fábricas” de rayos cósmicos viajando hacia diferentes regiones del espacio. 

Otros eventos intensos y de corta duración, como las poderosas explosiones conocidas como estallidos de rayos gamma, también podrían ser una fuente de rayos cósmicos. Algo similar ocurriría con las galaxias con “brotes estelares”, donde las regiones intensas de formación de estrellas podrían crear las condiciones necesarias para acelerar las partículas a la velocidad requerida, produciendo rayos cósmicos. 

Ampliando la capacidad de observación

Sin embargo, detectar estos procesos extremos e identificar a los rayos cósmicos requiere a su vez de nuevas tecnologías de observación. Es por eso que la NASA trabaja desde 2020 en el telescopio espacial Probe of Extreme Multi-Messenger Astrophysics (POEMMA), que podría lanzarse en la década de 2030 e insumirá una inversión de mil millones de dólares.

POEMMA brindará al menos 10 veces más detecciones que las matrices actuales basadas en la Tierra, incluyendo la identificación de rayos cósmicos de energía extrema (EECR). Además, permitirá discernir más fácilmente la naturaleza de las partículas entrantes, determinando si son protones o núcleos más pesados de hierro, carbono, helio u otros elementos. Con este conocimiento, los científicos podrán reconstruir con mayor nivel de detalle su camino de regreso a través del espacio.