Los cosmólogos tienen una mejor comprensión del origen de las partículas más energéticas en el universo

La radiación cósmica baña nuestro sistema solar, y por tanto también nuestro planeta, desde el mismo momento en el que se formó a partir de una gigantesca nube de gas y polvo hace algo más de 4.500 millones de años. Durante la mayor parte de nuestra historia no hemos sido conscientes de su existencia, por lo que para dar con el primer científico que nos habló de la presencia de una forma de radiación que debía de proceder del espacio exterior debemos remontarnos a 1912.

El físico austríaco Victor Franz Hess fue el primero que identificó la procedencia de una forma de radiación cuya intensidad se incrementa con la altitud y su abundancia varía con la latitud. Para llevar a cabo sus experimentos utilizó globos sonda en cuyo interior introdujo dispositivos de medida diseñados expresamente para medir la radiación presente en la atmósfera.

Sus valiosos hallazgos científicos fueron recompensados con varios galardones, entre los que se encuentra el Premio Nobel de Física, que compartió con el físico estadounidense Carl David Anderson en 1936. Muchos otros científicos continuaron las investigaciones de Hess, y gracias a todos ellos hoy conocemos un poco mejor una forma de radiación que transporta hasta nuestro planeta información muy valiosa acerca del universo al que pertenecemos.

Las kilonovas parecen ser las responsables de la radiación más energética

La radiación cósmica está constituida por núcleos atómicos ionizados de alta energía que se desplazan por el espacio a una velocidad muy cercana a la de la luz (que es aproximadamente de 300.000 km/s). Que estén ionizados nos indica que han adquirido carga eléctrica debido a que han sido despojados de sus electrones, pero estos núcleos atómicos están hechos de la misma materia que nos constituye a nosotros y todo lo que nos rodea, una cualidad que revela en cierta medida su procedencia.

Una de las características más importantes de la radiación cósmica es su esencialmente perfecta isotropía. Este parámetro refleja que los rayos llegan de todas direcciones con la misma frecuencia, lo que nos indica que deben coexistir simultáneamente numerosas fuentes capaces de generarlos. Y esto nos invita a plantearnos una pregunta más: de dónde procede la radiación cósmica.

Una parte importante de la radiación que impregna la atmósfera de nuestro planeta procede del sol, que, como todos sabemos, es la estrella más cercana. Sin embargo, no es en absoluto la única fuente de radiación externa que llega a la Tierra. Buena parte de los rayos cósmicos que recibimos procede de fuera de nuestro sistema solar. De otras estrellas. Y viajan a través del espacio con una enorme energía hasta impactar con los átomos presentes en las capas superiores de la atmósfera de nuestro planeta.

Lo que los astrofísicos no conocían con certeza hasta hace muy poco tiempo era la naturaleza de la fuente que origina las partículas más energéticas que podemos encontrar en el universo. Pero unos investigadores de la Universidad de Nueva York han publicado un estudio científico en Physical Review Letters en el que sostienen que esta forma de radiación procede con una alta probabilidad de las kilonovas, que no son otra cosa que el choque y la fusión de dos estrellas de neutrones para dar lugar a la formación de un agujero negro.

«Después de seis décadas de esfuerzo es probable que hayamos identificado el origen de las misteriosas partículas de mayor energía del universo. Este descubrimiento proporciona una nueva herramienta para comprender los eventos más agresivos del universo: la fusión de dos estrellas de neutrones para formar un agujero negro, el proceso responsable de la creación de muchos elementos preciosos y exóticos, como, por ejemplo, el oro, el platino, el uranio, el yodo o el xenón», apunta Glennys R. Farrar, profesora de física y una de las personas que firman el estudio.

Las estrellas de neutrones no siempre son solitarias. En ocasiones una de ellas forma parte de un sistema binario junto a una estrella «viva», y si se dan las condiciones apropiadas esta última puede acabar transformándose también en una estrella de neutrones. En este escenario el sistema binario acaba estando constituido por dos estrellas de neutrones que giran una alrededor de la otra. A medida que transcurre el tiempo van perdiendo momento angular, lo que provoca que sus órbitas se estrechen y se acerquen cada vez más. Y cuando están lo suficientemente cerca la gravedad toma el control y las dos estrellas de neutrones están condenadas a colisionar.

La principal aportación que han hecho Farrar y sus compañeros de investigación es su defensa de la existencia de una relación muy estrecha entre la energía de los rayos cósmicos más intensos y su carga eléctrica. Sus conclusiones tienen que ser refrendadas experimentalmente, pero representan un soplo de aire fresco en un campo en el que no es nada fácil elaborar nuevo conocimiento.

Imagen | Generada por DALL-E

Más información | Physical Review Letters

En Xataka | El gran reto de la cosmología: qué le sucedió al universo en sus primeros instantes para expandirse tan rápido