NeoFronteras

Rayos cósmicos de comportamiento inesperado

Área: Espacio — lunes, 14 de marzo de 2011

La energía de los núcleos de hidrógeno y helio que viajan por el espacio no siguen una ley de potencia según el satélite PAMELA.

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En ciencia lo más interesante es lo que no se comprende, la sorpresa lo inesperado, lo que no encaja con nuestra previa concepción del Universo. Ahora resulta que el espectro de los rayos cósmicos no es como se suponía debía de ser.
Recordemos que, aparte de los fotones gamma de alta energía, los rayos cósmicos están compuestos principalmente por protones y partículas alfa, núcleos respectivamente de hidrógeno y helio, los dos elementos más abundantes del Universo. La energía de estas partículas depende de cuál sea su velocidad y ésta de cómo hayan sido aceleradas. El espectro de energía no es otra cosa que una representación de la abundancia relativa de la partícula en cuestión en función de su energía. Uno esperaría que la abundancia de partículas en los rayos cósmicos disminuya según su energía aumente. Los conocimientos tradicionales de Física nos harían inclinarnos además hacia una relación de ley de potencia (en el sentido matemático y=axk) en la que casi todas las partículas son de baja energía y su abundancia decae como la energía.
Pero según los datos provenientes del satélite PAMELA los espectros de protones y alfas no sólo son diferentes entre sí, sino que además no encajan dentro de la ley de potencia esperada. En principio habría que buscar otra explicación para describir cómo son aceleradas estas partículas.
Se cree que estos protones y alfas son catapultados al espacio a través de las ondas de choque explosivas que se dan durante los fenómenos de supernova. Este mecanismo debería acelerar todos los tipos de partículas de la misma manera. Además, los astrofísicos siempre han creído que la relación entre su abundancia y energía debería seguir una ley de potencia, al menos hasta los 106 GeV, energía a partir de la cual la abundancia debería de caer aún más rápido y que haría de punto de inflexión en la tendencia.
En años recientes han ido apareciendo pistas que indicaban que una ley de potencia no era suficiente para describir el flujo de rayos cósmicos, incluso antes del punto de inflexión. El experimento CREAM a bordo de globos ya indicó que las alfas cambiaban su tendencia a partir de los 200 GeV. ATIC, otro experimento del mismo tipo, parecía también indicar una desviación de la ley de potencia, aunque los datos no eran consistentes entre los diferentes vuelos.
Ahora PAMELA ha confirmado estas sospechas. Como es un satélite opera sin las interferencias de la atmósfera terrestre y además puede observar rayos cósmicos entre 1 GeV y 1 TeV, una gama bastante amplia de energía que otros experimentos no registran.
Entre los hallazgos está que los espectros de núcleos de hidrógeno y de helio son diferentes. Tratando de ajustar a una ley de potencia a ambos tipos de datos encontraron que la pendiente de la curva resultante era mayor para protones que para las alfas. Además, este ajuste no se ajusta bien, lo que indicaría que los datos no encajan en una ley de potencia. Entre 30 y 230 GeV los datos espectrales se escapan hacia abajo (menos partículas de las esperadas), lejos de la línea de ajuste esperada, mientras que más allá de los 230 GeV se escapan por encima (más partículas de las esperadas).
Según los expertos no sería difícil explicar la diferencia entre los núcleos de hidrógeno y helio, pues cada uno de ellos podría ser acelerado por diferentes ondas de choque. Sin embargo, la desviación de la ley de potencia sería más difícil de explicar.
Esas partículas son mensajeras de estrellas que en su etapa final explotan con el brillo de toda una galaxia. Esas mismas explosiones diseminan los elementos más pesados que el hierro por el entorno dando lugar posibles planetas en donde haya riqueza de elementos. Si no se comportan como esperábamos quizás significa que no entendemos bien los mecanismos implicados esas explosiones. O bien que en su camino hacia la Tierra sufren avatares que hasta ahora no hemos tenido en cuenta.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3427

Fuentes y referencias:
Noticia en Physics World.
Artículo original.
Artículo en ArXiv.
Foto: Pamela antes de su lanzamiento. Fuente: Science.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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10 Comentarios

  1. Miguel Angel:

    Una pregunta: en un capítulo de la serie “El Universo” hablando de explosiones de supernovas afirmaban que también salen despedidos átomos de zinc o cobre acelerados a unos 70.000 km/seg. Mi duda es si son estás partículas mas pesadas las que perciben los astronautas como pequñas lucecitas o estrellitas que atraviesan la nave. Uno de los astronautas afirmaba que se podían “ver” con los ojos cerrados.

    Saludos

  2. NeoFronteras:

    Desconozco si se ha hecho un estudio al respecto. Si lo ven con los ojos cerrados es que algún ente excita la rodopsina de la retina induciendo una señal nerviosa. O bien produce luminiscencia en el humor acuoso o vítreo del globo ocular.
    En la superficie se ha señalado al calor como responsable de los destellos luminosos que algunas veces vemos. Se debería a que la rodopsina se inestabiliza por culpa del mismo y adopta su otro plegamiento natural produciendo la habitual cascada de sucesos que desencadena un impulso nervioso.
    Parece plausible que alguna partícula pueda producir algún efecto de estos. Aunque debe ser raro, pues estamos sometidos a un chaparrón continuo de partículas, principalmente muones producidos en la atmósfera al incidir los rayos cósmicos.

  3. tomás:

    Otra vez mil perdones por ser tan puntilloso pero, el área, ¿no corresponderá a espacio o a física?
    Saludos.

  4. joabbl:

    Miguel Angel: Por lo que he podido ver curioseando en Internet esas luces que ven los astronautas son “reales” y efectivamente están originadas por los rayos cósmicos. Se las llama fosfenos. Aquí va un link que lo explica :

    http://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/6422584/Houston-tenemos-una-vision.html

    Saludos

  5. tomás:

    Estimados: He leído -aunque muy por encima y me excuso por ello- el sitio donde envía joabbl y parece confirmar mis sospechas de que esos “impactos” no sólo han de ser necesariamente en el ojo, sino que pueden dar lugar al flash aunque el impacto tenga lugar en cualquier neurona perteneciente al sistema visual e incluso, me atrevería a decir que en las proximidades o que estuviese muy relacionado, como podrían ser los núcleos pulvinares en los tálamos, sin tener que pasar necesariamente por el ojo. Por supuesto en cualquier lugar del tracto.
    Saludos.

  6. Miguel Angel:

    Estimados Neo y joabbl: gracias por vuestra respuesta.

    Abrazos

  7. tomás:

    ¡Hombre, amigo y estimado Miguel Angel! Me siento aludido por exclusión.Y no es que quiera que me agradezcas nada, pero es como si dijeras entrando en un bar donde hay tres: -Saludo a todos menos a este.
    Como te considero muy puesto en varias ramas del conocimiento, pienso que pueda ser porque no estés de acuerdo con la opinión que expreso, por lo que te agradecería me lo dijeses, pues sólo escribo una opinión de la que no estoy muy seguro.
    Ello me anima a agradecerte que no me hayas incluido, pues así me das una razón para pedirte opinión.
    Y te mando un buen abrazo, porque espero no haberte ofendido aunque hayamos discrepado -creo recordar- en lo del viaje a Marte o algo así.

  8. lluís:

    En la nota se dice que “entre los hallazgos está que los espectros de núcleos de hidrogeno y de helio son diferentes”.¿Esto es una hallazgo?.Me sorprende un poco puesto que cada elemento químico está asocidado a un único espectro, siendo este rasgo muy general, puesto que no sólo los átomos poseen espectros característicos, sino que lo mismo sucede con moléculas y núcleos.Quizá no entendí algo bien, pero lo que tocaría es que los espectros de esos núcleos fueran precisamente diferentes.
    También podría suceder lo que se apunta al final del artículo, o sea que en su camino a la Tierra sufran avatares que no se han tenido en cuenta; esto lo digo más que nada pensando en el asunto recientemente resuelto sobre la oscilación de neutrinos en su viaje del Sol a la Tierra, que se publicó aquí mismo.

  9. lluís:

    Respecto a lo que dije en mi comentario 8, me temo que he confundido el espectro de energía con el espectro de emisión.Si así fuera no he dicho nada respecto de la primera parte del comentario.

  10. Miguel Angel:

    Muy estimado tomás:

    Tienes razón, me olvidé de tu respuesta al releer las otras y el enlace. Sin duda estás incluido en mi agradecimiento.
    Sobre donde se puede producir la señal nerviosa que produce estos “fosfenos”: por lo que estoy viendo estos dias no hay estudios al respecto. No sabemos ni siquiera qué partícula de la radiación es la responsable, si supieramos la partícula ya podríamos deducir alguna cosa (por ejemplo: si es una partícula que penetra escasamente en nuestros tejidos, tipo radiación UVA, podríamos deducir que la señal se produce en la retina).

    Abrazos

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