¿De Donde Vienen los Rayos Cósmicos?

José Bellido, PhD.

The University of Adelaide, Department of Physics and Mathematical Physics

AUSTRALIA.

jbellido@physics.adelaide.edu.au

Los rayos cósmicos son partículas subatómicas (protones, núcleos atómicos, neutrinos, fotones, etc.) que viajan por el universo con un espectro amplio de energía.

Gracias al desarrollo de la tecnología, en las últimas décadas se han construido aceleradores de partículas que generan protones con energías entre (10¹² –10¹⁵) eV.

Estos aceleradores de partículas han permitido desenvolver la física de partículas elementales, la cual trata de descifrar la naturaleza de la materia, es decir, identificar las partículas elementales existentes en nuestro universo y modelar el tipo de interacciones a las que estas están sujetas.

A pesar de los aceleradores, la física de partículas elementales, desde sus inicios, estudió los rayos cósmicos menos energéticos (energías menores a 10¹⁵ eV), y actualmente, los rayos cósmicos son todavía utilizados para estudiar interacciones de partículas con energías mayores a las disponibles en los acelerados de partículas.

A mediados del siglo XX Pierre Auger descubrió que rayos cósmicos con energías superiores a 10¹⁵ eV inciden continuamente en nuestra atmósfera, los cuales al interactuar con esta, inician una gigantesca cascada de partículas. Varios años después, se detectó por primera vez un rayo cósmico con una energía superior 10²⁰ eV, más de un millón de veces más energético que partículas aceleradas en los aceleradores más modernos.

Los rayos cósmicos energéticos, especialmente aquellos con energías superiores a 10²⁰ eV encierran algunos enigmas. No se conoce ningún objeto astrofísico capaz de generar partículas con tales energías. Los fenómenos más energéticos que se conocen en el universo son explosiones o colapso de estrellas (supernovas) y choques de galaxias, pero de acuerdo a las interacciones físicas que actualmente conocemos, ninguno de estos fenómenos sería capaz de generar partículas con energías superiores a 10¹⁶ eV.

Después de varias décadas de detectar y analizar rayos cósmicos energéticos, debido a la escasa estadística, poco o nada se sabe sobre el origen de los rayos cósmicos energéticos. Solo se sabe que no pueden venir de muy “lejos”, no más de 300 millones de años luz, porque encaso contrario, perderían energía al interactuar con el medio Intergaláctico (especialmente con la radiación de micro ondas de fondo “CMBR”) en su viaje hacia la tierra.

Para explicar el origen de los rayos cósmicos energéticos, se han propuestos modelos que van desde los conservadores, hasta los más exóticos. Los modelos conservadores tratan de explicar el origen de los rayos cósmicos energéticos a través de escenarios que envuelven aceleración de partículas en campos magnéticos y/o en ondas de choque generadas en supernovas, en núcleos de galaxias activas (AGN), etc.

Los modelos exóticos, intentan explicar el origen de los rayos cósmicos energéticos como el producto del decaimiento de partículas súper masivas (partículas X), y/o como el producto de interacciones de defectos topológicos. Las partículas X son restos de una etapa primordial del universo, y los defectos topológicos son fases correspondientes a un universo primordial que quedaron atrapadas dentro de un medio que se fue enfriando conjuntamente con el universo.

Afortunadamente para nuestra existencia, el flujo de rayos cósmicos energéticos es bastante bajo, aproximadamente solo cada 100 años cae sobre un kilómetro cuadrado un rayo cósmico con energía superior a 10²⁰ eV.

Por consiguiente, para el estudio de rayos cósmicos energéticos, ha sido necesaria la construcción de detectores capaces de detectar rayos cósmicos sobre extensas superficies. En los EE.UU., el detector HiRes cubre una superficie de 20 Km de radio y el detector AGASA en el Japón, cubre una superficie de 100 km².