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Según los resultados del observatorio de rayos cósmicos High-Resolution Fly’s Eye y Auger las partículas más energéticas de los rayos cósmicos nunca alcanzan la Tierra, de acuerdo a una predicción de hace más de 40 años.

Espejos del sistema detector de rayos cósmicos HiRes. Foto: University of Utah.

El límite Greisen-Zatsepin-Kuzmin (GZK) fue propuesto en 1966 porque, según los cálculos, cualquier partícula de rayo cósmico con una energía superior a un determinado valor, en su largo viaje hasta la Tierra, interaccionaría con la propia radiación del fondo cósmico producida por el Big Bang y que rellena el espacio vacío desde hace más 13.000 millones de años.
Demostrar la existencia de este límite GZK ha sido una meta de los investigadores en este campo durante los últimos 40 años. Ahora un grupo de 60 científicos de siete instituciones dice que la respuesta es que el límite existe.
La conclusión se basa en las observaciones realizadas por el observatorio de rayos cósmicos High Resolution Fly’s Eye (HiRes) instalado en desierto de Utah y del observatorio Auger en Argentina. Los datos muestran que el número de rayos cósmicos ultraenergéticos decae una vez superado ese límite.
Lo paradójico es que estos datos contradicen los obtenidos por el detector AGASA en Japón, que observó 10 veces más rayos cósmicos ultraenergéticos, y que sugerían que no existía tal límite. También hay ciertas discrepancias menores entre los datos delos observatorios HiRes y Auger.
Según los datos de Auger los rayos cósmicos más energéticos observados corresponderían a los procedentes de núcleos de galaxias activas, donde se cree que hay agujeros negros supermasivos.
Estas fuentes están distribuidas uniformemente en la esfera celeste, pero según estos científicos los que nos pueden alcanzar son los que pertenecen al supercúmulo local, es decir, los que están a una distancia de 150 millones de años luz o menor.
Los rayos cósmicos se descubrieron en 1912 y están formados por partícula subatómicas, principalmente protones (núcleos de hidrógeno), o núcleos de elementos más pesados como oxígeno, carbono, etc. El propio Sol emite este tipo de rayos cósmicos de baja energía (relativa), las supernovas y otros fenómenos emiten rayos cósmicos de media energía.
La fuente de los rayos cósmicos de alta energía ha sido un misterio durante mucho tiempo, pero los datos de Auger sugieren que proceden de los núcleos galácticos activos, corroborando así una popular hipótesis en la comunidad científica.
Esas partículas son 100 millones de veces más energéticas que cualquier otra producida por el hombre en los aceleradores de partículas. En unidades más acordes a la Física se estima que un rayo cósmico es ultraenergético si tienen una energía de 10¹⁸ electrón voltio (eV). El más energético jamás registrado tenía 3×10²⁰ eV y fue detectado en 1991. Para hacernos una idea, se puede calcular que esa energía son unos 50 julios, equivalente a la energía que llevaría un ladrillo de cinco kilos (o una mancuerna o pesa de gimnasio), cayendo desde un metro de altura, al alcanzar en el suelo su pie. Pero en este caso toda esa energía estaría concentrada en una sola partícula subatómica.
El límite GZK se estima en los 6×10¹⁹ eV. Desde 1997 a 2006 sólo se han detectado 13 eventos con una energía superior al límite GZK en el HiRes. Esto demostraría que la mayor parte de los rayos cósmicos ultraenergéticos quedarían bloqueados en su camino por interacción por los fotones de la radiación de fondo de microondas.
Ninguno de estos telescopios detecta estas partículas directamente. Una vez alcanzan la atmósfera los rayos cósmicos producen reacciones subatómicas y generan otras partículas y fotones. HiRes, por ejemplo, detecta los destellos ultravioletas producidos por los rayos cósmicos en la alta atmósfera gracias al empleo de espejos y tubos fotomultiplicadores. Los expertos creen que quizás las discrepancias encontradas se deban a los distintos métodos de detección empleados por los distintos observatorios. Es de suponer que en un futuro se solventen las discrepancias con más observaciones y nuevos detectores.
No obstante da qué pensar cómo serían los rayos cósmicos más energéticos jamás producidos y que nunca llegaron a la Tierra.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la Universidad de Utah.
Sobre rayos cósmicos en la web de HiRes.