Un equipo multinacional de científicos que trabaja con el telescopio espacial Dark Matter Particle Explorer (DAMPE) ha descubierto un patrón consistente de rayos cósmicos, proporcionando nuevos conocimientos sobre su origen y comportamiento.
El estudio, en el que participaron expertos de la Universidad de Ginebra, identificó características comunes a varios tipos de partículas de alta energía. Los resultados de este estudio fueron revisados por pares y publicados en la revista Nature.
La investigación se centra en los rayos cósmicos, que son partículas de alta energía que viajan por el espacio y en ocasiones chocan contra la Tierra. A pesar de haber sido descubierto hace más de un siglo, sus orígenes exactos siguen sin resolverse.
Al analizar mediciones detalladas del satélite DAMPE, los investigadores observaron un fenómeno conocido como «ablandamiento espectral» que ocurre consistentemente en diferentes tipos de partículas.
Este resultado es importante. Esto apoya firmemente la teoría de que la aceleración y el movimiento de los rayos cósmicos no dependen de la energía por partícula, sino de una propiedad llamada rigidez.
Esto reduce el rango de explicaciones viables y representa un paso significativo hacia la comprensión de cómo se producen y propagan estas partículas a través de las galaxias.
¿Qué son los rayos cósmicos?
Los rayos cósmicos se encuentran entre las partículas más energéticas conocidas en el universo. Están compuestos principalmente de protones, pero también contienen núcleos más pesados como helio, carbono, oxígeno y hierro.
Estas partículas viajan a velocidades cercanas a la de la luz y transportan una energía muy superior a la producida por los aceleradores de partículas fabricados por el hombre.
Los científicos creen que los rayos cósmicos se originan en entornos astrofísicos extremos, como explosiones de supernovas, estrellas de neutrones (púlsares) que giran rápidamente y chorros emitidos por agujeros negros.
Sin embargo, determinar su fuente exacta ha resultado difícil debido a cómo los campos magnéticos desvían su trayectoria a través del espacio.
Comprender los rayos cósmicos es fundamental porque proporcionan evidencia indirecta sobre los procesos más violentos del universo.
También desempeña un papel en la configuración de la química interestelar, puede influir en el clima espacial y tiene implicaciones para la seguridad de los satélites y los astronautas.
La misión DAMPE proporciona datos muy precisos
El satélite DAMPE, lanzado en diciembre de 2015, fue diseñado para estudiar partículas de alta energía con una precisión sin precedentes. Uno de sus principales objetivos es investigar si la materia oscura contribuye a la producción de rayos cósmicos.
Esta misión se ha beneficiado de importantes contribuciones de la Universidad de Ginebra, en particular del Departamento de Física Nuclear y de Partículas.
El equipo de Ginebra desarrolló métodos avanzados de inteligencia artificial (IA) para reconstruir eventos de partículas y desempeñó un papel clave en el análisis de datos de protones, helio y carbono.
Un componente clave del satélite es el Silicon Tungsten Tracker (STK), un detector que permite mediciones precisas de las trayectorias y cargas de las partículas. Esta técnica ayudó a identificar patrones sutiles en los datos de los rayos cósmicos.
Descubrimiento de características universales.
Un hallazgo central de este estudio es la identificación de un comportamiento común en todos los núcleos de rayos cósmicos investigados.
Los investigadores observaron que una vez que la rigidez superaba un cierto umbral de unos 15 teraelectronvoltios (TV), el número de partículas disminuía más rápidamente de lo esperado.
Este efecto, conocido como ablandamiento espectral, muestra que la distribución de energía de los rayos cósmicos cambia constantemente, independientemente del tipo de partícula.
Este patrón sugiere un mecanismo universal que gobierna cómo se aceleran y transportan estas partículas.
Es importante destacar que estos datos descartan teorías contrapuestas que favorecen la energía por nucleón como factor principal. La confianza estadística en esta conclusión es superior al 99,999%, lo que la convierte en uno de los resultados más sólidos en este campo hasta la fecha.
Impacto en la investigación astrofísica
Este descubrimiento impone restricciones más estrictas a los modelos teóricos que describen el origen y la propagación de los rayos cósmicos.
Esto respalda la idea de que los campos magnéticos y la rigidez de las partículas desempeñan un papel dominante en la configuración del comportamiento de las partículas en toda la galaxia.
El descubrimiento también mejora nuestra comprensión de las fuentes astrofísicas de alta energía y del medio interestelar a través del cual viajan estas partículas.
Al mejorar los modelos existentes, los investigadores pueden interpretar mejor observaciones futuras y diseñar experimentos más específicos.
Los rayos cósmicos siguen siendo un rompecabezas complejo, pero la misión DAMPE proporcionó una pieza importante. Una vez identificada la firma universal, el campo se acerca a resolver preguntas de larga data sobre de dónde provienen estas partículas y cómo adquieren una energía tan inusual.
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