Nuevos datos del Observatorio Pierre Auger

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Por décadas, los científicos han pensado que los rayos cósmicos de mayor energía -de hasta trillones de electronvoltios- eran casi exclusivamente protones. Pero datos del Observatorio Pierre Auger, en la provincia de Mendoza, Argentina, pueden estar indicando otra historia.


El Observatorio Pierre Auger es la instalación más grande del mundo dedicada al estudio de los rayos cósmicos ultra-energéticos. En una conferencia celebrada en Polonia (International Cosmic Ray Conference, del 7-15 de julio), los científicos del observatorio están presentando (en la charla "Nuevos resultados del Pierre Auger Observatory", por Paul Sommers de la Universidad Pennsylvania State, datos que hacen pensar en la posibilidad de que algunas de las "balas cósmicas" súperveloces sean, en verdad, núcleos de hierro.

"Sería una sorpresa para mucha gente si algunas de estas partículas fueran hierro", indicó Hank Glass, un colaborador de Auger en el Laboratorio Fermi. Mientras los científicos pueden imaginar mecanismos que podrían acelerar protones a una velocidad cercana a la de la luz, no tienen idea, en cambio, cómo se podrían originar núcleos de hierro ultra-energéticos.



Los científicos en Malargüe combinan dos métodos para investigar estos misteriosos invasores extragalácticos. Un conjunto de 1.600 tanques de agua diseminados a través de 3.000 kilómetros cuadrados de suelo mendocino, actúan como un gigante detector de partículas, rastreando las lluvias de partículas secundarias que los rayos cósmicos ultra-energéticos generan y que chocan con las moléculas de aire de nuestra atmósfera. Y un conjunto de telescopios fluorescentes detectan el débil fulgor ultravioleta de esas partículas secundarias interactuando con el nitrógeno atmosférico. Al combinar ambas fuentes, los científicos pueden determinar la energía, trayectoria y, quizás, identificar las partículas primarias.



Un dato revelador es la altitud a la que los rayos cósmicos interactúan. Basado en datos de acelerados de partículas, los teóricos desarrollaron modelos de las interacciones de varias partículas en la atmósfera de la Tierra. Los protones, con su pequeña masa, deberían penetrar bastante profundamente antes de empezar la lluvia. Los núcleos más pesados, como el hierro, deberían generar lluvias más lejos de la superficie terrestre.

En Auger, los científicos miden el máximo de las lluvias de rayos cósmicos -la altura a la cual se producen la mayoría de las partículas secundarias. El promedio de este máximo está más alejado de la superficie del planeta que lo que indican las predicciones para rayos de sólo protones, pero más cerca de lo esperado si fueran sólo hierro. Uno podría pensar en núcleos de masa intermedia, como el carbono, pero como esos núcleos están menos fuertemente unidos que el hierro deberían romperse con los fotones de la radiación de fondo de microondas antes de alcanzar la Tierra. Una explicación más plausible es que lo que Auger detecta sea una mezcla de hierro y protones.

Sin embargo, no hay consenso sobre esta explicación. En parte porque los modelos descansan en muchas extrapolaciones de los datos de acelerados de partículas.

"En este punto, los datos han generado más preguntas que respuestas. Todo lo que podemos hacer es seguir recolectando más datos y ver si evoluciona una imagen más coherente", comentó Glass.



Mientras tanto, Glass espera un torbellino de papers a partir de la conferencia que propongan orígenes para estos rayos de mayor energía. Crear un modelo correcto es una tarea difícil. Los científicos sospechan que los protones ultra-energéticos se originan en los discos de acreción de agujeros negros súpermasivos, pero esos discos contienen principalmente hidrógeno y helio.
Contábamos al respecto en un artículo de finales de 2007, cuando los investigadores del observatorio publicaron sus primeros datos en Science:
"Vinculan los rayos cósmicos de mayor energía con violentos agujeros negros".
El hierro aparece en las explosiones de supernova, pero los científicos no creen que esos eventos tengan suficiente energía para generar núcleos a las energías detectadas por Auger.

"En ciencia, siempre es mejor mostrar los datos que tienes y dejar que la gente hable de eso, en vez de quedarse sentado", señaló Glass.

Fuentes y links relacionados

• Página de la colaboración Agentina Pierre Auger


• Symmetry Breaking:Another cosmic-ray puzzle: Are iron nuclei bombarding Earth? por by Rachel Carr


• Cosmus:Animaciones y descargas del Observatorio Pierre Auger Aquí hay animaciones, videos y programas relacionados con los rayos cósmicos y Pierre Auger para descargar!


• Radio detection of cosmic rays in the Pierre Auger Observatory
  T. Huege (Forschungszentrum Karlsruhe, IK), for the Pierre Auger Collaboration
  arXiv:0906.4970v1


• Investigation of Hadronic Interactions at Ultra-High Energies with the Pierre Auger Observatory
  Ralf Ulrich, for the Pierre Auger Collaboration
  arXiv:0906.4691v1


• Studies of Cosmic Ray Composition and Air Shower Structure with the Pierre Auger Observatory
  The Pierre Auger Collaboration
  arXiv:0906.2319v1


• Todos los artículos de la Colaboración Pierre Auger en Arxiv


• Un detector de rayos cósmicos en el bachillerato

Sobre las imágenes
En la primera imagen se ve una lluvia creada cuando un protón con energía de 10¹⁹eV golpea la atmósfera. (Códigos de color: muones en rojo, fotones en amarillo, electrones/positrones en violeta). La imagen fue usada en Astronomy magazine, Septiembre 2005, "Cosmic Rays radiate Radio Waves" por Liz Kruesi.
Crédito: Cosmus at University of Chicago: Randy Landsberg, Dinoj Surendran, and Mark SubbaRao

Mapa:Tamaño del Observatorio Pierre Auger
El mapa muestra los limites del arreglo de superficie del Observatorio Pierre Auger en Malargüe, Argentina. Para tener una mejor idea de su tamaño, esta herramienta permite dibujar los limites del Auger en cualquier lugar de la Tierra, gracias al Google maps.
Crédito: Obs. Pierre Auger

Imágenes:Así son los tanques y Método híbrido
Capturas de pantalla de las animaciones del sitio del observatorio
Crédito: Obs. Pierre Auger



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