Las explosiones de rayos gamma de estrellas distantes, como se muestra en la ilustración de este artista, son una posible fuente de las "partículas OMG" ultrapotentes que ocasionalmente golpean los detectores de los científicos en la Tierra.
(Imagen: © NASA / SkyWorks Digital)
Paul Sutter es astrofísico en la Universidad Estatal de Ohio y científico jefe en el centro de ciencias COSI. Sutter también es presentador de "Ask a Spaceman" y "Space Radio", y dirige AstroTours en todo el mundo. Sutter contribuyó con este artículo a Expert Voices de Space.com: Op-Ed & Insights.
En este momento, mientras lee este mismo texto, su ADN se está cortando por pequeñas balas invisibles. Los traficantes de daños son conocidos como rayos cósmicos, a pesar de que no son absolutamente rayos, pero el nombre se debe a un malentendido histórico. En cambio, son partículas: electrones y protones, en su mayoría, pero ocasionalmente cosas más pesadas como helio o incluso núcleos de hierro.
Estas partículas cósmicas son problemáticas, porque a) son rápidas y, por lo tanto, tienen mucha energía cinética para arrojar yb) están cargadas eléctricamente. Esto significa que pueden ionizar nuestros pobres nucleótidos de ADN, desgarrándolos y ocasionalmente ocasionando errores de replicación incontrolables (también conocidos como cáncer). ['Superstar' Eta Carinae actúa como una pistola de rayos cósmicos descomunal, pero ¿por qué?]
Como si esto no fuera lo suficientemente malo, de vez en cuando, aproximadamente una vez por kilómetro cuadrado por año, una partícula viene gritando a nuestra atmósfera superior a una velocidad realmente monstruosa, golpeando contra una desventurada molécula de nitrógeno u oxígeno y cayendo en cascada en una lluvia de partículas secundarias de baja energía (pero aún mortal, por supuesto).
Solo hay una respuesta apropiada cuando se enfrenta a una partícula de tan absurdo potencial: "OMG".
Bolas rápidas
"OMG" fue el apodo dado al primer ejemplo de lo que ahora se conoce como rayos cósmicos de ultra alta energía, detectado en 1991 por el detector de rayos cósmicos Fly's Eye de la Universidad de Utah. Ese único protón se estrelló contra nuestra atmósfera y alcanzó aproximadamente el 99.99999999999999999999951 por ciento de la velocidad de la luz. Y no, todos esos nueves no son solo por un efecto dramático para hacer que el número se vea impresionante, realmente fue tan rápido. Esta partícula tenía la misma cantidad de energía cinética que una pelota de béisbol lanzada decentemente ... comprimida en un objeto del tamaño de un protón.
Eso significa que esta partícula tenía más de 10 millones de veces más energía que la que puede producir nuestro colisionador de partículas más poderoso, el LHC. Debido a la dilatación del tiempo relativista, a esa velocidad, la partícula OMG podría viajar a nuestra estrella vecina más cercana, Proxima Centauri, en 0,43 milisegundos del tiempo de la partícula. Podría continuar hasta nuestro núcleo galáctico para cuando hayas terminado de leer esta oración (desde su propia perspectiva).
Dios mío, de hecho.
Desde la detección de esa partícula, hemos seguido observando los cielos de estos eventos extremos utilizando telescopios y detectores especializados en todo el mundo. En total, hemos registrado alrededor de un centenar de partículas de la clase OMG en las últimas décadas.
Esas pocas docenas de ejemplos aclaran y profundizan los misterios de sus orígenes. Más datos siempre es bueno, pero ¿qué diablos en nuestro universo es lo suficientemente poderoso como para darle a un protón una grieta lo suficientemente buena que casi podría casi desafiar la luz en una carrera?
Knuckleballs
Para acelerar una partícula cargada a velocidades insanas, necesitas dos ingredientes clave: mucha energía y un campo magnético. El campo magnético hace el trabajo de transferir a la partícula cualquier energía que se encuentre en su evento (por ejemplo, la energía cinética explosiva de una explosión de supernova o el tirón gravitacional giratorio cuando la materia cae hacia un agujero negro). La física detallada es, naturalmente, increíblemente complicada y no muy bien entendida. Los lugares de nacimiento de los rayos cósmicos son terriblemente complicados y se encuentran en regiones extremas de nuestro universo, por lo que será difícil obtener una imagen física completa.
Pero aún podemos hacer algunas conjeturas informadas sobre de dónde provienen ejemplos extremos como nuestro amigo, la partícula OMG. Nuestra primera suposición podría ser supernovas, las muertes titánicas de estrellas masivas. ¿Campos magnéticos? Cheque. ¿Mucha energia? Cheque. Pero no hay suficiente energía para hacer el truco. Su detonación estelar de la variedad de jardín simplemente no tiene suficiente empuje crudo para escupir partículas a las velocidades que estamos considerando.
¿Que sigue? Los núcleos galácticos activos son fuertes contendientes. Estos núcleos se crean a medida que la materia gira en torno a un agujero negro supermasivo situado en el centro de una galaxia; ese material se comprime y calienta, formando un disco de acreción en sus momentos finales. Ese infierno retorcido genera campos magnéticos intensos a partir de las acciones de dinamo, formando la potente mezcla de ingredientes necesarios para agregar una potencia considerable a las partículas expulsadas.
Excepto (y sabías que iba a haber un "excepto"), los núcleos galácticos activos están demasiado lejos para producir rayos cósmicos que lleguen a la Tierra. A las velocidades ridículas de un rayo cósmico de energía ultraalta, navegar por el cosmos es más como tratar de atravesar una tormenta de nieve. Esto se debe a que a esas velocidades, el fondo cósmico de microondas, la inundación de fotones de baja energía que queda del universo primitivo, parece muy desplazado hacia las energías más altas. Entonces, esa luz de alta intensidad golpea y golpea el rayo cósmico que viaja, disminuyendo la velocidad y finalmente deteniéndolo.
Por lo tanto, no deberíamos esperar que los rayos cósmicos más poderosos viajen más de cien millones de años luz más o menos, y la mayoría de los núcleos galácticos activos están mucho, mucho más lejos de nosotros que eso.
Bolas curvas
Durante bastante tiempo, un sospechoso principal para la generación de OMG fue Centaurus A, un núcleo galáctico activo relativamente cercano que se encuentra en algún lugar entre 10 millones y 16 millones de años luz de distancia. Potente, magnético y cercano: el combo perfecto. Pero aunque algunas encuestas han insinuado que los rayos cósmicos pueden provenir de su dirección general, nunca ha habido una correlación lo suficientemente clara como para mover esa galaxia del sospechoso al convicto. [Una mirada profunda a la extraña galaxia Centaurus A]
Parte del problema es que el propio campo magnético de la Vía Láctea altera sutilmente la trayectoria de los rayos cósmicos entrantes, ocultando sus direcciones originales. Por lo tanto, para reconstruir la fuente de un rayo cósmico, también necesita modelos para la fuerza y las direcciones del campo magnético de nuestra galaxia, algo que no tenemos exactamente en cuenta.
Si el generador de OMG no es Centaurus A en sí mismo, entonces quizás sean las galaxias Seyfert, una cierta subclase galáctica de núcleos galácticos activos generalmente más cercanos, generalmente más débiles (pero aún increíblemente brillantes y fuertes). Pero, de nuevo, con ni siquiera un centenar de muestras para extraer, es difícil hacer una determinación estadística rigurosa.
Tal vez se trata de explosiones de rayos gamma, que se cree que emanan del peculiar final cataclísmico a algunas de las estrellas más extremas. Pero nuestra comprensión de la física de esa situación es (¿puedes creerlo?) Un poco incompleta.
Quizás sea algo más exótico, como defectos topológicos de los primeros momentos del Big Bang o algunas interacciones funky dentro de la materia oscura. Tal vez nos estamos equivocando de física y nuestros cálculos de límite de distancia no son precisos. Tal vez, tal vez, tal vez ...
Los orígenes verdaderos de estas partículas de "OMG" de ultra alta energía son difíciles de precisar, y a pesar de casi 30 años de historial de detección, no tenemos muchas respuestas firmes. Lo cual está bien, es bueno tener al menos algunos misterios que quedan en el universo. Los astrofísicos también podrían usar algo de seguridad laboral.
Obtenga más información escuchando el episodio en el podcast "Ask A Spaceman", disponible en iTunes y en la web en http://www.askaspaceman.com. ¡Gracias a hchrissscottt por las preguntas que llevaron a esta pieza! Haga su propia pregunta en Twitter usando #AskASpaceman o siguiendo a Paul @PaulMattSutter y facebook.com/PaulMattSutter. Síganos en @Spacedotcom, Facebook y Google+. Artículo original en Space.com.
