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Uno de los rayos cósmicos de mayor energía jamás detectados impactó en la Tierra

Nuestro planeta es frecuentemente bombardeado por partículas de alta energía provenientes del sol, llamadas rayos cósmicos. Pero recientemente los científicos detectaron uno de los rayos cósmicos más poderosos jamás registrados, y había algo muy extraño en él: no provenía del sol y no se sabe nada en nuestra galaxia que tenga el poder de producirlo.

Los investigadores detectaron la partícula con una energía de 240 exaelectrones voltios , que es millones de veces más poderosa que cualquier cosa que pueda crearse en un acelerador de partículas. El único evento similar es una observación en 1991 que recibió el nombre de partícula Oh-Dios mío. Los nuevos resultados se presentan en un artículo en la revista Science .

«Las partículas tienen tanta energía que no deberían verse afectadas por los campos magnéticos galácticos y extragalácticos. Deberíamos poder señalar de dónde vienen en el cielo», dijo uno de los investigadores, John Matthews.

«Pero en el caso de la partícula Oh-Dios mío y esta nueva partícula, se rastrea su trayectoria hasta su fuente y no hay nada con suficiente energía para haberla producido. Ese es el misterio de esto: ¿qué diablos está pasando?»

Telescopio Array fue fundamental en detectarlo

El 27 de mayo de 2021, el experimento Telescope Array detectó el segundo rayo cósmico de energía extrema más alto. A 2.4 x 1020eV, la energía de esta única partícula subatómica es equivalente a dejar caer un ladrillo sobre el dedo del pie desde la altura de la cintura. Liderado por la Universidad de Utah y la Universidad de Tokio, el Telescope Array consta de 507 estaciones detectoras de superficie dispuestas en una cuadrícula cuadrada que cubre 700 km(~270 millas2) en las afueras de Delta, Utah, en el desierto occidental del estado. 

Imagen utilizada con permiso del titular de los derechos de autor

En su observación publicada el 23 de noviembre de 2023 en la revista Science, la colaboración internacional de investigadores Telescope Array describe el rayo cósmico de ultra alta energía, evalúa sus características y concluye que los raros fenómenos podrían seguir una física de partículas desconocida para la ciencia. Los investigadores la llamaron la partícula Amaterasu en honor a la diosa del sol en la mitología japonesa. Las partículas Oh-My-God y Amaterasu fueron detectadas utilizando diferentes técnicas de observación, lo que confirma que, aunque raros, estos eventos de ultra alta energía son reales.

«Estos eventos parecen venir de lugares completamente diferentes en el cielo. No es como si hubiera una fuente misteriosa», dijo John Belz, profesor de la Universidad y coautor del estudio. «Podrían ser defectos en la estructura del espacio-tiempo, cuerdas cósmicas en colisión. Quiero decir, solo estoy escupiendo ideas locas que se le ocurren a la gente porque no hay una explicación convencional».

Qué es un rayo cósmico

Los rayos cósmicos son ecos de violentos eventos celestes que han despojado a la materia de sus estructuras subatómicas y la han lanzado a través del universo a casi la velocidad de la luz. Esencialmente, los rayos cósmicos son partículas cargadas con una amplia gama de energías que consisten en protones positivos, electrones negativos o núcleos atómicos enteros que viajan por el espacio y llueven sobre la Tierra casi constantemente.

Los rayos cósmicos golpean la atmósfera superior de la Tierra y destruyen el núcleo de oxígeno y nitrógeno gaseoso, generando muchas partículas secundarias. Estos viajan una corta distancia en la atmósfera y repiten el proceso, formando una lluvia de miles de millones de partículas secundarias que se dispersan hacia la superficie.

Debido a que las partículas tienen una carga, su trayectoria de vuelo se asemeja a una pelota en una máquina de pinball mientras zigzaguean contra los campos electromagnéticos a través del fondo cósmico de microondas. Es casi imposible rastrear la trayectoria de la mayoría de los rayos cósmicos, que se encuentran en el extremo inferior o medio del espectro de energía. Incluso los rayos cósmicos de alta energía son distorsionados por el fondo de microondas.

Las partículas con energía Oh-My-God y Amaterasu atraviesan el espacio intergaláctico relativamente sin doblarse. Sólo el más poderoso de los eventos celestiales puede producirlos.

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Este famoso remanente de supernova esconde un secreto
remanente supernova gran secreto

Cuando las estrellas masivas llegan al final de sus vidas y explotan en una supernova, pueden dejar enormes estructuras en el espacio llamadas remanentes de supernova. Estos son a menudo los objetivos favoritos de los astrónomos debido a sus formas hermosas y distintivas. Entre ellos se encuentra el famoso remanente SN 1987A que fue fotografiado por el telescopio espacial James Webb el año pasado. Ahora, los astrónomos que usan Webb han mirado más de cerca este remanente y han encontrado algo especial en su interior.

La supernova SN 1987A fue observada por primera vez en 1987 (de ahí su nombre) y era lo suficientemente brillante como para ser vista a simple vista, lo que la hace extremadamente reciente para los estándares astronómicos. Las estrellas viven millones o incluso miles de millones de años, por lo que observar una que llega al final de su vida en tiempo real es un verdadero placer científico. Cuando esta estrella murió, creó una especie de supernova llamada colapso del núcleo, o Tipo II, en la que el corazón de la estrella se queda sin combustible, lo que hace que colapse repentina y violentamente. Este colapso es tan severo que el material rebota y es expulsado en una explosión que viaja hasta un cuarto de la velocidad de la luz.
El telescopio espacial James Webb ha observado la mejor evidencia hasta ahora de la emisión de una estrella de neutrones en el sitio de una supernova conocida y recientemente observada conocida como SN 1987A. A la izquierda hay una imagen de NIRCam (cámara de infrarrojo cercano) publicada en 2023. La imagen de arriba a la derecha muestra la luz del argón ionizado individualmente (Argón II) capturada por el modo Espectrógrafo de Resolución Media (MRS) del MIRI (Instrumento de Infrarrojo Medio). La imagen en la parte inferior derecha muestra la luz del argón ionizado multiplicado capturado por el NIRSpec (Espectrógrafo de Infrarrojo Cercano). NASA, ESA, CSA, STScI, Claes Fransson (Universidad de Estocolmo), Mikako Matsuura (Universidad de Cardiff), M. Barlow (UCL), Patrick Kavanagh (Universidad de Maynooth), Josefin Larsson (KTH)
Se teoriza que este proceso deja un núcleo pequeño y extremadamente denso que podría ser una estrella de neutrones o un agujero negro. Esta teoría es ampliamente aceptada, pero los científicos nunca han observado que esto suceda realmente después de una supernova, antes de ahora. Cuando los investigadores encendieron los instrumentos de Webb en SN 1987a, vieron evidencia de una estrella de neutrones ubicada en el corazón del remanente.

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