rayos cósmicos

El resplandor azul en el agua alrededor de un reactor nuclear es luz que nace cuando una partícula cargada supera a la luz en ese medio. El efecto fue descubierto por Pável Cherenkov en 1934, y la teoría fue desarrollada por Ígor Tamm e Iliá Frank.

El cielo nocturno parece tranquilo, pero en realidad está atravesado por una lluvia invisible de partículas cargadas: los rayos cósmicos. Los científicos llevan mucho tiempo intentando averiguar dónde nacen los más energéticos.

Una partícula con una energía de $$10^{18}$$ eV que impacta la atmósfera terrestre es como si una pelota de tenis que viaja a 200 km/h chocara contra una pared. De dónde provienen tales proyectiles es un debate que los astrofísicos han sostenido durante décadas.

El cielo nocturno parece tranquilo, pero en realidad está atravesado por una lluvia invisible de partículas cargadas: los rayos cósmicos. Los científicos llevan mucho tiempo intentando averiguar dónde nacen los más energéticos.

Una partícula con una energía de $$10^{18}$$ eV que impacta la atmósfera terrestre es como si una pelota de tenis que viaja a 200 km/h chocara contra una pared. De dónde provienen tales proyectiles es un debate que los astrofísicos han sostenido durante décadas.

En el centro de la Vía Láctea, donde el agujero negro supermasivo Sagitario A* remueve las nubes de gas como un molino sus muelas, los astrónomos han captado un pulso irregular. La radiación gamma, la luz más energética del universo, no llega desde allí como una onda uniforme, sino con un quiebre, como si el corazón de la Galaxia latiera con arritmia.

Los rayos cósmicos son partículas que recorren nuestra Galaxia a velocidades enormes. Su energía puede ser millones de veces mayor que la de las partículas en el acelerador terrestre más potente. Pero cuanto mayor es la energía, menos partículas hay: en la gráfica de su número hay un quiebre notable que se llama rodilla.

En julio de 1969, cuando el Apolo 11 volaba hacia la Luna, los astronautas notaron algo inusual: breves destellos de luz que aparecían incluso con los ojos cerrados. Al principio lo atribuyeron al cansancio, pero los destellos se repitieron en distintas tripulaciones.

El cielo nocturno parece tranquilo, pero en realidad partículas invisibles —los rayos cósmicos— nos atraviesan constantemente. Entre ellos hay electrones y sus antipartículas, los positrones. Cuando chocan con detectores en satélites o globos aerostáticos, los instrumentos registran su energía.

El púlsar PSR J1740+1000 es una estrella del tamaño de una ciudad que gira más rápido que una batidora de cocina. Tras la explosión de una supernova, quedó un núcleo denso que acelera partículas hasta velocidades cercanas a la de la luz.

Los rayos cósmicos no son rayos en el sentido habitual, sino partículas rápidas que bombardean la Tierra desde todas direcciones. En su mayoría son protones y núcleos atómicos. Su energía varía: desde modesta hasta fantásticamente enorme.

Un protón o un núcleo atómico a gran velocidad choca contra la atmósfera terrestre y nace una cascada de miles de millones de partículas. Esa lluvia atmosférica extensa se precipita hacia la superficie, mientras telescopios sensibles captan su tenue resplandor.

La materia oscura es el andamiaje invisible del universo. Sabemos que existe, lo deducimos por el movimiento de las estrellas y las galaxias, pero de qué está hecho ese andamiaje, aún no se sabe. Una de las hipótesis son las partículas ultraligeras, similares a los axiones.

En las profundidades del hielo del Polo Sur, a casi dos kilómetros y medio de profundidad, funciona un telescopio poco común. No apunta al cielo, sino a través de la Tierra. Su objetivo son los neutrinos, partículas casi imposibles de detectar que atraviesan planetas y estrellas de lado a lado sin interactuar con nada.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se enfrió de manera desigual. En algunos lugares pudieron formarse pliegues: hilos de energía increíblemente densos, finos como un cabello. Los físicos los llaman cuerdas cósmicas. Oscilan, chocan entre sí y emiten ondas gravitacionales: el temblor del propio espacio.

En el centro de una galaxia lejana, donde gira un agujero negro supermasivo con una masa de cien millones de soles, el espacio está atravesado por campos magnéticos. Están enrollados en torbellinos apretados, como un embudo en una concha, solo que en lugar de agua hay plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz.

Quince años de observaciones del telescopio de rayos gamma Fermi han revelado una grieta en el suelo de la Galaxia. Al sur del cúmulo Westerlund 1 —el cúmulo estelar joven más masivo de la Vía Láctea— se ha detectado un brillo extendido que coincide con una cavidad en el hidrógeno atómico.

Quince años de observaciones del telescopio de rayos gamma Fermi han revelado una grieta en el suelo de la Galaxia. Al sur del cúmulo Westerlund 1 —el cúmulo estelar joven más masivo de la Vía Láctea— se ha detectado un brillo extendido que coincide con una cavidad en el hidrógeno atómico.

El enigma de la antimateria en el cosmos ha quitado el sueño a los astrofísicos: ¿de dónde vienen los positrones que se posan como copos de nieve en los detectores? La respuesta podría esconderse en el ubicuo fondo de rayos gamma. El Universo está empapado de luz difusa: el fondo fotónico cósmico (CPB).

En el océano silencioso de la Galaxia, las civilizaciones maduras probablemente adoptaron hace tiempo una estrategia inesperada: en lugar de faros estridentes, dispersan luciérnagas silenciosas — faros láser interestelares autónomos, a la deriva en el vacío y emitiendo destellos de microsegundos.

Durante mucho tiempo, los astrónomos buscaron las «fábricas» de los rayos cósmicos más energéticos — partículas que llevan en su interior un macromundo comprimido al tamaño de un núcleo atómico. Las sospechas recaían sobre colosales regiones de formación estelar como Cygnus OB2, donde chocan los vientos de jóvenes gigantes.

La mano invisible de la materia oscura comprime las galaxias en un abrazo gravitatorio, pero su naturaleza ha eludido la comprensión durante casi un siglo.

Hace medio siglo, Fritz Zwicky notó que la materia visible en los cúmulos de galaxias era catastróficamente insuficiente para explicar la gravedad.

Los rayos cósmicos no viajan en línea recta. Las partículas cargadas, aceleradas a velocidades enormes, serpentean en el campo magnético de la Galaxia como motas de polvo en una corriente de viento. Por lo general, se considera que simplemente se dispersan a lo largo y a lo ancho de las líneas de campo.

El Universo es una inmensa orquesta que interpreta la partitura de la expansión. Las galaxias se alejan al compás de una música inaudible de energía oscura.

Una manguera contra incendios golpea un ventisquero. El agua no solo empuja la nieve: en el punto de impacto se producen salpicaduras, vapor y estruendo. De manera similar se comportan los chorros — estrechos haces de materia que salen de las cercanías de un agujero negro a gran velocidad.

Cada segundo, unas cien partículas invisibles atraviesan tu cuerpo: los muones. Nacen en lo alto del cielo cuando los rayos cósmicos chocan con los átomos del aire y caen sobre la Tierra como lluvia. Estas partículas son tan penetrantes que pueden atravesar un edificio de varios pisos, pero al encontrar materia densa, como plomo o uranio, se desvían ligeramente.

Los fuelles de herrero avivan el fuego expulsando aire bruscamente. En el espacio, ese papel lo desempeña la onda de choque de una supernova — concepto introducido por Fritz Zwicky: alcanza la gigantesca burbuja de partículas cargadas y campos magnéticos formada alrededor de una estrella…

El misterio de la principal ruptura en el espectro de los rayos cósmicos galácticos — la rodilla a 3 PeV — persistió durante casi un siglo.

El misterio de la principal ruptura en el espectro de los rayos cósmicos galácticos — la rodilla a 3 PeV — persistió durante casi un siglo.

En un caluroso mediodía, un bochorno sofocante se cierne sobre la ciudad y en el horizonte no hay ni una nube. Normalmente, con este tiempo solo queda esperar a que la naturaleza se apiade y envíe un poco de frescor. ¿Y si pudiéramos encender la sombra y la lluvia según un horario, como la luz de una habitación?

Una piedra cae en un estanque y ondas se expanden por el agua. Así también la luz de galaxias lejanas se dispersa en todas direcciones — con calma y mesura. Pero en el centro de algunas galaxias no se esconde una piedra, sino un verdadero cañón: dispara partículas con una fuerza colosal. Los astrónomos llaman a estos objetos HSP BL Lac.

Dentro del protón hierve la vida. Los quarks no están simplemente sentados: los mantienen unidos unas partículas portadoras, los gluones (de la palabra glue, pegamento). Normalmente, este pegamento está distribuido uniformemente, como mantequilla sobre una sartén. Pero cuando las energías se vuelven enormes, los gluones empiezan a agruparse en grumos.

Dos estrellas de neutrones —restos de astros muertos, comprimidos hasta el tamaño de una ciudad pero con el peso de todo un Sol— giran una alrededor de la otra y finalmente colisionan. En ese instante nace algo intermedio entre un agujero negro y un imán ultrapotente: un campo miles de millones de veces más fuerte que el del más potente escáner de resonancia magnética.

El fin del universo no es simplemente oscuridad. Si la energía oscura lo desgarra en pedazos o si se contrae de nuevo en un punto, como un Big Bang al revés, se produce una singularidad: el momento en que la física convencional falla. Durante mucho tiempo se creyó que en ese incendio cósmico todo desaparecía.

En el corazón mismo de la Vía Láctea algo brilla, pero no con luz estelar, sino con rayos gamma invisibles al ojo.

En un denso capullo de gas alrededor de una joven estrella masiva, como en un gigantesco matraz químico, chocan flujos de materia. Uno de ellos se mueve respecto a nosotros a unos 11 kilómetros por segundo, el otro a unos 5.

El universo está lleno de una sustancia invisible: la materia oscura. Sentimos su atracción, pero ¿de qué está hecha? Quizás es un océano de partículas ultraligeras, con una masa tan pequeña que se comportan más como ondas que como partículas. Para captar este oleaje cósmico, los científicos recurrieron a los faros más precisos: los púlsares.

Los rayos cósmicos son partículas de las profundidades del cosmos, aceleradas hasta energías colosales. Al chocar contra la atmósfera, generan cascadas de partículas con ondas de radio. Estas ondas son huellas que revelan la energía y dirección del visitante.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y la reunión de una hora se convierte en dos. Algo parecido les ocurre a los gluones, las partículas portadoras de la interacción fuerte dentro de los protones. Normalmente van de un lado a otro manteniendo unidos a los quarks.