La Tierra es constantemente golpeada por partículas de alta energía provenientes del espacio profundo: los rayos cósmicos. Pero el 27 de mayo de 2021, una red de telescopios en Estados Unidos captó la señal de una partícula cósmica que tiene perplejos a los astrónomos. Porque esta partícula, apodada “Amaterasu”, chocó con la atmósfera terrestre con la enorme energía de 244 exaelectronvoltios, diez millones de veces más de la que puede generar incluso el acelerador de partículas más potente de la Tierra. Esto significa que esta partícula pertenece sólo a un puñado de eventos en este nivel de energía. Aún no está del todo claro qué libera estas partículas cósmicas. El origen de la partícula Amaterasu también es desconcertante: parece provenir de una zona casi vacía de nuestro universo.
Los rayos cósmicos son omnipresentes en el espacio. Sin embargo, en la Tierra, la mayoría de estas partículas cargadas de alta energía son interceptadas por el campo magnético y la atmósfera. Sin embargo, algunos penetran tan lejos que pueden chocar con átomos de gas en la atmósfera y crear una lluvia completa de partículas secundarias. Su cantidad, energía y dirección nos permiten al menos empezar a reconstruir qué tipo de partícula nos golpeó, con qué energía y desde qué dirección. Parece que partículas con energías bastante bajas provienen del Sol, de estrellas cercanas e incluso del centro de la Vía Láctea. La radiación cósmica también se libera en forma de partículas aceleradas durante las supernovas o los agujeros negros. Sin embargo, el origen de la porción más energética de la radiación cósmica no está claro. Estas partículas corren por el espacio con energías superiores a un hexaelectrón voltio: esto corresponde a un billón de electronvoltios o un millón de veces la energía de colisión de los protones en el acelerador de partículas del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN.
Energías en el rango de hexaelectronvoltios
Hasta ahora, los astrónomos sólo han detectado unas dos docenas de partículas cósmicas que pertenecen a este rayo cósmico de muy alta energía (UHECR). “A energías superiores a 100 exaelectrones voltios, la entrada es de menos de una partícula por siglo y por kilómetro cuadrado”, explican los astrónomos de Telescope Array Collaboration. Uno de los pocos fenómenos de este tipo es la llamada partícula Oh Dios mío, que fue detectada en 1991 y tenía una energía de 320 exaelectronvoltios. “Según hipótesis comunes, el origen de estas partículas UHECR se encuentra en los fenómenos más energéticos del universo, como las salidas relativistas de agujeros negros, las explosiones de rayos gamma o las ondas de choque a gran escala resultantes de colisiones de galaxias”, explican los astrónomos. Sin embargo, la distancia a la que las partículas pueden mantener una energía tan elevada es limitada: interactúan con el fondo de microondas del cosmos y, por tanto, se ralentizan. Según la teoría actual, los UHECR más energéticos pueden provenir de una distancia máxima de entre 160 y 320 millones de años luz.
Pero ahora los astrónomos dirigidos por Toshihiro Fuji de la Universidad Metropolitana de Osaka están informando de otro evento sin precedentes. El 27 de mayo de 2023, los detectores de partículas del Telescope Array en Utah, repartidos en un área de 700 kilómetros cuadrados, capturaron la lluvia secundaria de partículas de una partícula cósmica que tenía la enorme energía de 244 exaelectronvoltios. «Cuando descubrí este rayo cósmico extremadamente energético, inicialmente pensé que algo andaba mal porque mostraba un nivel de energía sin precedentes en los últimos 30 años», dice Fuji. Sólo la partícula Oh My God era un poco más enérgica. Un análisis más detallado sugirió que la partícula real, llamada «Amaterasu» en honor a la diosa japonesa del sol, era probablemente un protón o una partícula cargada más grande.
¿De dónde vienen estas partículas?
Para descubrir de dónde procedía la partícula de Amaterasu, los astrónomos evaluaron los ángulos en los que las partículas secundarias golpean los detectores. Dado que las partículas con energías tan altas difícilmente son desviadas por los campos magnéticos cósmicos y otras influencias en su trayectoria, a partir de esto se puede determinar al menos aproximadamente la dirección del vuelo.
reconstruir. «Entonces podremos descubrir de dónde proceden estas partículas del cielo», explica el coautor John Matthews, de la Universidad de Utah. Sin embargo, cuando los astrónomos reconstruyeron la trayectoria de la partícula de Amaterasu, surgió algo sorprendente: la partícula parecía provenir del vacío local, una porción de espacio relativamente vacía cerca de nuestro grupo local de galaxias. «En este vacío hay sólo un pequeño número de galaxias y en ninguna de ellas se podrían haber formado partículas UHECR por aceleración», escriben los astrónomos. En el vacío no hay fuentes de rayos gamma ni otros fenómenos cósmicos que generen suficiente energía. Aunque hay una galaxia activa en la dirección de la trayectoria, se encuentra a casi dos mil millones de años luz de distancia y, por tanto, más allá de la distancia máxima para partículas tan ricas en energía.
«Es realmente un misterio: ¿Qué está pasando aquí?» dice Matthews. Además, los pocos eventos UHECR capturados hasta ahora parecen provenir de direcciones muy diferentes. La partícula Oh My God también vino de otra parte del cielo. «Aparentemente no hay concentración de estos eventos de alta energía», explican los astrónomos. La causa de estas partículas de muy alta energía en el rango de los hexaelectronvoltios sigue siendo un misterio por ahora.
Fuente: Telescope Array Collaboration, Science, doi: 10.1126/science.abo5095
