{"id":6858,"date":"2020-10-02T10:44:14","date_gmt":"2020-10-02T08:44:14","guid":{"rendered":"https:\/\/igfae.usc.es\/~igfae-old\/?p=6858"},"modified":"2021-03-24T15:18:46","modified_gmt":"2021-03-24T13:18:46","slug":"nuevas-pistas-sobre-el-origen-de-los-rayos-cosmicos-de-ultra-alta-energia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/igfae.usc.es\/~igfae-old\/es\/nuevas-pistas-sobre-el-origen-de-los-rayos-cosmicos-de-ultra-alta-energia\/","title":{"rendered":"Nuevas pistas sobre el origen de los rayos c\u00f3smicos de ultra-alta energ\u00eda"},"content":{"rendered":"

La Colaboraci\u00f3n del Observatorio Pierre Auger, en la que el IGFAE lidera la participaci\u00f3n espa\u00f1ola, presenta las medidas m\u00e1s precisas hasta la fecha sobre las part\u00edculas m\u00e1s energ\u00e9ticas y enigm\u00e1ticas del Universo que ayudar\u00edan a esclarecer de d\u00f3nde provienen.<\/strong><\/p>\n

Los rayos c\u00f3smicos de ultra-alta energ\u00eda (UHECR, por sus siglas en ingl\u00e9s) son las part\u00edculas procedentes del espacio exterior m\u00e1s energ\u00e9ticas del Universo (hasta mas de 1020<\/sup> eV). Si quisi\u00e9ramos acelerar una part\u00edcula para alcanzar esa energ\u00eda con la tecnolog\u00eda disponible actualmente, habr\u00eda que escalar el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN al tama\u00f1o de la \u00f3rbita de Mercurio. A pesar de haber sido descubiertos en 1961, a\u00fan no s\u00e9 sabe con exactitud c\u00f3mo se producen y las fuentes que los originan. Ahora, nuevos datos de la Colaboraci\u00f3n Pierre Auger, en la que participa el Instituto Galego de F\u00edsica de Altas Ener\u00edas (IGFAE), centro mixto de la Universidade de Santiago (USC) y la Xunta de Galicia, revelan con una precisi\u00f3n sin precedentes una caracter\u00edstica nueva en el espectro de energ\u00eda de estos rayos c\u00f3smicos y refuerza la hip\u00f3tesis de que su origen est\u00e1 en galaxias con alta formaci\u00f3n estelar (starbust galaxies<\/em>) o n\u00facleos activos de galaxias (AGN). Los resultados se han publicado recientemente en Physical Review Letters<\/em><\/a> y en Physical Review D<\/em><\/a>.<\/p>\n

La Colaboraci\u00f3n Pierre Auger es un grupo investigador de aproximadamente 400 personas de 17 pa\u00edses que opera el observatorio de rayos c\u00f3smicos m\u00e1s grande del mundo en Malarg\u00fce, Mendoza (Argentina). Est\u00e1 compuesto por m\u00e1s de 1.600 tanques de agua con detectores Cherenkov repartidos en una extensi\u00f3n de 3.000 km2 , una superficie enorme ya que el flujo de estas part\u00edculas es tan escaso que cada mil a\u00f1os llega a la Tierra menos de una por kil\u00f3metro cuadrado a las energ\u00edas m\u00e1s altas. Observan un tipo de luz \u2012radiaci\u00f3n Cherenkov\u2012 producida por el agua cuando \u201clluvias\u201d de part\u00edculas o cascadas producidas por los rayos c\u00f3smicos la atraviesan. \u00c9stos detectores se complementan con 27 telescopios de fluorescencia que captan la luz ultravioleta causada por las cascadas al atravesar la atm\u00f3sfera. Juntos, proporcionan mediciones de la energ\u00eda de las cascadas y medidas indirectas de la masa de la part\u00edcula primaria. Combinando la informaci\u00f3n sobre el espectro de energ\u00eda, la composici\u00f3n de la masa y la distribuci\u00f3n de la direcci\u00f3n de llegada, se pueden deducir caracter\u00edsticas importantes de las posibles fuentes que originan estas part\u00edculas extraordinarias.<\/p>\n

En los trabajos publicados y que analizan los 215.000 eventos recopilados por el Observatorio Pierre Auger hasta la fecha, se ha observado una nueva caracter\u00edstica del espectro energ\u00e9tico de los UHECR, que se refleja en una ligera inclinaci\u00f3n de la curva en torno a los 13\u00d71018 <\/sup>eV. Ese suavizado en esta regi\u00f3n intermedia (figura 1) podr\u00eda ser consecuencia natural de que la composici\u00f3n de masa de los rayos c\u00f3smicos cambia, en funci\u00f3n de la energ\u00eda, de ligera a pesada. Los resultados pueden explicarse con fuentes extragal\u00e1cticas de rayos c\u00f3smicos distribuidas de forma relativamente uniforme, que aceleran part\u00edculas a mayor energ\u00eda cuanto m\u00e1s pesadas. Estos modelos requieren un espectro extremadamente duro \u2012con m\u00e1s cantidad de part\u00edculas de alta energ\u00eda- y fuentes pr\u00e1cticamente constantes a lo largo del tiempo. En este escenario, ambos requisitos no concuerdan con las observaciones de fuentes luminosas cercanas en todos los tipos de luz del espectro electromagn\u00e9tico, desde radioondas hasta rayos gamma.<\/p>\n

Cascadas inclinadas y energ\u00eda invisible<\/strong><\/p>\n

El equipo del IGFAE, liderado por el profesor de la USC Enrique Zas, ha participado en la elaboraci\u00f3n del art\u00edculo y ha liderado el an\u00e1lisis de cascadas o lluvias de part\u00edculas inclinadas, que se ha utilizado para el establecimiento de la llamada \u201cenerg\u00eda invisible\u201d, fundamental para la determinaci\u00f3n precisa de la energ\u00eda.<\/p>\n

Espa\u00f1a ha contribuido notablemente a la Colaboraci\u00f3n Pierre Auger en aspectos muy diversos: an\u00e1lisis de lluvias inclinadas, contenido de muones de las cascadas, naturaleza de las part\u00edculas primarias, aplicaciones de t\u00e9cnicas de aprendizaje autom\u00e1tico, b\u00fasqueda de neutrinos, astronom\u00eda de multimensajeros, t\u00e9cnica de fluorescencia y t\u00e9cnica de radio. Actualmente en el proyecto participan la Universidad de Granada y el IGFAE, que ha liderado la participaci\u00f3n espa\u00f1ola desde su origen en la d\u00e9cada de 1990.<\/p>\n

\"\"<\/a>

Figura 1. El espectro de los UHECR compuesto a partir de los \u00faltimos datos de Auger en t\u00e9rminos de densidad de energ\u00eda. Las observaciones revelan una nueva caracter\u00edstica a 13 \u00d7 1018 eV, donde el espectro se inclina ligeramente. Esta ruptura en el ajuste de la ley de potencia ocurre entre otras dos rupturas: el \u201ctobillo\u201d (ankle) y el \u201cdedo del pie\u201d (toe). La forma del espectro sugiere que diferentes n\u00facleos (mostrados en colores) contribuyen a diferentes energ\u00edas. Cr\u00e9dito: APS\/Alan Stonebraker, adaptado de Phys. Rev. Lett.\u00a0125, 121106 (2020).<\/p><\/div>\n

El Observatorio Pierre Auger se encuentra actualmente en una actualizaci\u00f3n a gran escala, instalando detectores de centelleo y antenas de radio en la parte superior de las estaciones detectoras de agua. Esto permitir\u00e1 obtener m\u00e1s informaci\u00f3n sobre la composici\u00f3n de la masa de los rayos c\u00f3smicos de ultra-alta energ\u00eda, extendi\u00e9ndola a energ\u00edas m\u00e1s altas donde una posible presencia de n\u00facleos de masa ligera podr\u00eda abrir una nueva ventana a b\u00fasquedas sensibles a la composici\u00f3n de fuentes y estudios de campos magn\u00e9ticos c\u00f3smicos.<\/p>\n

Referencias:<\/strong><\/p>\n

Aab\u00a0et al.<\/em>(Pierre Auger Collaboration), \u201cFeatures of the energy spectrum of cosmic rays above\u00a02.5\u00d71018<\/sup>eV using the Pierre Auger Observatory,\u201d\u00a0Phys. Rev. Lett.\u00a0125<\/strong>, 121106 (2020)<\/a>. DOI: https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevLett.125.121106<\/p>\n

Aab\u00a0et al.<\/em>(Pierre Auger Collaboration), \u201cMeasurement of the cosmic-ray energy spectrum above\u00a02.5 \u00d7 1018 <\/sup>eV using the Pierre Auger Observatory,\u201d\u00a0Phys. Rev. D\u00a0102<\/strong>, 062005 (2020)<\/a>. DOI: https:\/\/doi.org\/10.1103\/PhysRevD.102.062005<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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