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Menos neutrinos y más incógnitas sobre rayos cósmicos

Karina Maldonado Portillo y Denisse Joana Flores
24/abr/2012

El origen de los rayos cósmicos sigue siendo un enigma, ya que los resultados obtenidos por el Observatorio IceCube, en el Polo Sur, que suponían avances en esa línea, se contraponen drásticamente con la teoría más aceptada desde hace 15 años, según reveló un artículo publicado el pasado 18 de abril en la revista Nature.

La teoría establecía que hay dos fuentes únicas de rayos cósmicos: los hoyos negros supermasivos ubicados en los centros de las galaxias y las explosiones de rayos gamma (GRB’s por su siglas en inglés).

Los rayos cósmicos son partículas atómicas que atraviesan la Tierra todo el tiempo, poseen las mayores energías detectadas en el Universo y viajan casi a la velocidad de la luz. De responder incógnitas sobre cómo y dónde surgen, sería posible identificar cuáles son las fuentes astrofísicas con más energía dentro del Universo y entender los mecanismos de aceleración de las partículas que conforman los rayos.

Según el artículo titulado "An absence of neutrinos associated with cosmic-ray acceleration in γ-ray burst" (La ausencia de neutrinos asociados con la aceleración de rayos cósmicos en explosiones de rayos gamma), los experimentos mostraron un número de neutrinos menor al esperado.

¿Y por qué importa conocer el número de neutrinos para saber el origen de los rayos cósmicos? De acuerdo con Myriam Mondragón, investigadora del IFUNAM, los neutrinos tienen relevancia porque son el resultado de las explosiones de rayos gamma.

“En estas explosiones, se pueden producir protones de muy altas energías que se detectan como rayos cósmicos ultraenergéticos. Algunos de estos protones, en vez de viajar por el cosmos, interactúan con los rayos gamma en la bola de fuego producida por la explosión y del producto de esta interacción quedan al final neutrinos y fotones ultraenergéticos”, explica Mondragón.

Dado que los fotones pierden su energía en interacciones con otras partículas en el camino, lo que queda de la explosión de rayos gamma, son los llamados neutrinos ultraenergéticos.

Se daba por hecho, en teoría al menos, que al ser la más violenta conocida en el Universo y producir fotones de muy alta energía, una explosión de rayos gamma daría como resultado gran cantidad de tales neutrinos. Sin embargo, el experimento del IceCube indica que no es así.

“Si la física es como la imaginamos deberían llegar neutrinos; como casi no tienen masa llegarían correlacionados con los fotones que viajan casi a la misma velocidad y que tampoco tienen masa. Entonces uno debería correlacionar la luz que nos llega con los neutrinos que se detecta en el IceCube”. Sin embargo, tal correlación es inexacta, explica Arturo Menchaca, experto en física de altas energías del IFUNAM.

De acuerdo con Mondragón, esto quiere decir que probablemente la teoría sobreestimó la cantidad de neutrinos que producían las explosiones de rayos gamma o que hay otras fuentes de rayos cósmicos que no presentan la interacción de protones con fotones que hay en las explosiones de rayos gamma y que no producen la cantidad de neutrinos que se esperaba.

De esta manera, la atención se dirigirá ahora a los núcleos galácticos activos (AGN) que son alimentados por agujeros negros supermasivos, los cuales también han mostrado presencia de neutrinos como resultados de los rayos cósmicos.

El observatorio de neutrinos IceCube es una enorme colaboración internacional que alberga a 250 físicos e ingenieros de distintas nacionalidades y que está ubicado en el Polo Sur.

Para detectar los neutrinos, el observatorio utiliza un gran bloque de hielo (de ahí, el nombre) que es equipado con 5,160 sensores ópticos incrustados a 2.5 kilómetros en el interior del hielo y que detectan la luz Cerenkov emitida por los productos de la interacción de neutrinos con núcleos del hielo.

Como ha ocurrido en otros experimentos, este resultado confirma lo mucho que falta por conocer sobre la naturaleza de los enigmáticos neutrinos.


Modelo de cómo ocurre una explosión de rayos gamma.

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