Los rayos cósmicos de energía ultraalta, que emergen en entornos astrofísicos extremos, como los entornos ondulantes alrededor de agujeros negros y estrellas de neutrones, tienen mucha más energía que las partículas energéticas que emanan de nuestro Sol. De hecho, las partículas que crean estas corrientes de energía tienen aproximadamente 10 millones de veces la energía de las partículas aceleradas en el entorno de partículas más extremo de la Tierra, el Gran Colisionador de Hadrones construido por el hombre.
¿De dónde viene tanto poder? Durante años, los científicos creyeron que se debía a choques que ocurren en ambientes astrofísicos extremos, cuando, por ejemplo, una estrella explota antes de formar un agujero negro, provocando una explosión masiva que expulsa partículas.
Sin embargo, esa teoría era plausible, según una nueva investigación publicada esta semana. Cartas de revistas astrofísicasLas observaciones se explican mejor mediante un mecanismo diferente. Los investigadores descubrieron que la fuente de energía de los rayos cósmicos es probablemente la turbulencia magnética. Los autores del artículo descubrieron que los campos magnéticos en este entorno se entrelazan, acelerando rápidamente las partículas y aumentando drásticamente su energía hasta un corte abrupto.
“Estos resultados ayudan a resolver cuestiones duraderas de gran interés tanto para los astrofísicos como para los físicos de partículas sobre cómo estos rayos cósmicos obtienen su energía”, dijo Luca Commisso, científico investigador asociado del Laboratorio de Astrofísica de Columbia y uno de los autores del artículo.
El artículo complementa la investigación publicada el año pasado por Commisso y sus colegas sobre las partículas energéticas del Sol, que también encontraron emanando del campo magnético coronal del Sol. En ese artículo, Commisso y sus colegas descubrieron una manera de predecir mejor dónde emergerían esas partículas energéticas.
Los rayos cósmicos de energía ultraalta son más poderosos que las partículas energéticas del sol: pueden alcanzar 1020 electronvoltios, donde las partículas del Sol pueden alcanzar los 1010 electrón voltio, una diferencia de magnitud de 10 órdenes. (Para dar una idea de esta enorme diferencia de escala, consideremos la diferencia de peso entre un grano de arroz, que pesa alrededor de 0,05 gramos, y el avión de pasajeros más grande del mundo, el Airbus A380 de 500 toneladas.) “Es interesante que Estos dos entornos tan diferentes tienen algo en común: sus campos magnéticos están muy entrelazados y esta naturaleza entrelazada es muy importante para la energía”, afirmó Commisso.
“En particular, los datos de rayos cósmicos de energía ultra alta favorecen claramente la predicción de la turbulencia magnética sobre la aceleración del choque. Este es un verdadero avance para el campo”, dijo Glenis R. Farrar, autor del artículo y profesor de física. en la Universidad de Nueva York.
La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias.