LOS RAYOS CÓSMICOS

Juan Carlos Arteaga Velázquez

A cada instante, nuestro planeta es bombardeado por radiaciones de diferentes clases provenientes del espacio exterior y producidas por la actividad incesante de los cuerpos que habitan en el universo. Entre estas radiaciones encontramos algunas ya familiares como las ondas de radio, la luz visible, los rayos UV y los rayos gamma, pero también otras menos conocidas, como los rayos cósmicos, que se encuentran entre las radiaciones más energéticas del universo y entre las más misteriosas.

Los rayos cósmicos fueron descubiertos hace 100 años por un joven científico llamado Víctor F. Hess y hoy, a un siglo de su descubrimiento, poco se sabe sobre ellos. ¿De qué están compuestos los rayos cósmicos? ¿dónde está su fuente?¿cómo se detectan? ¿qué aplicaciones tienen? En los próximos párrafos, se explicará brevemente lo que hasta ahora han descubierto los científicos al respecto.

¿De qué están compuestos los rayos cósmicos?

Se sabe que los rayos cósmicos están formados por partículas cargadas, de tamaño subatómico, que son aceleradas a velocidades cercanas a la de la luz. Entre estas partículas encontramos principalmente núcleos atómicos de casi todos los elementos presentes en la tabla periódica. Los más abundantes son los núcleos de Hidrógeno y de Helio. También se encuentran en menor proporción electrones y, en raras ocasiones, partículas de antimateria.

La proporción de elementos en los rayos cósmicos cambia con la energía considerada, lo que es un reflejo de la composición y las condiciones del medio en el que se producen y se propagan. De ahí que la composición de esta radiación pueda ser usada como herramienta para sondear, sin salir de nuestro planeta, las regiones más allá de nuestro sistema solar.

¿Qué energías alcanzan?

Para objetos de tamaño subatómico, la energía que un rayo cósmico puede llegar a adquirir es enorme. Esta llega a superar en casi cien millones de veces la de las partículas producidas en el Gran Colisionador de Hadrones (localizado en Ginebra, Suiza), el acelerador de partículas más potente jamás creado por el ser humano. Energías tan descomunales implican que los rayos cósmicos deben provenir de lugares muy violentos y energéticos en el cosmos. Pero, ¿de dónde?

¿Dónde y cómo se producen?

Los rayos cósmicos de más baja energía se sabe que proceden del Sol. Estos, son acelerados en la atmósfera solar en explosiones donde se libera gran cantidad de material y energía. Rayos cósmicos de baja energía también son producidos en las estrellas, pero el Sol termina opacando el flujo cósmico de ellas por su cercanía a la Tierra.

Los rayos de más alta energía se cree que se producen en nuestra propia galaxia, en particular, en la muerte violenta de estrellas muy masivas (con masa superior a 5 veces la masa del Sol). Estos eventos, denominados Supernovas, producen una onda de choque que barre partículas del medio entre las estrellas, atrapándolas y posteriormente expulsándolas a gran energía.

Se especula que la fuente de los rayos cósmicos más energéticos registrados hasta el momento se encuentra más allá de nuestra galaxia. El origen más probable podría hallarse en cierto tipo de galaxias denominadas activas, las cuales se caracterizan porque en su centro encierran una región muy pequeña y de intensa actividad, cuya luminosidad supera a la de todas las estrellas de la galaxia.

Descubrir las fuentes de los rayos cósmicos no es tarea fácil, ya que estos, al ser partículas cargadas, son desviados por los campos magnéticos presentes en el universo, de forma tal que cuando llegan a nuestro planeta ya no apuntan a la fuente original. Lo que se obtiene son imágenes difusas del cielo. Sin embargo, analizando el patrón de llegada de todas las partículas es posible aún obtener claves de su procedencia y de la distribución de sus fuentes en el universo.

¿Cómo se detectan los rayos cósmicos?

Alrededor del mundo existen colaboraciones internacionales formadas por decenas de científicos dedicados a construir y operar observatorios especiales para detectar y estudiar los rayos cósmicos.

Observatorios para rayos cósmicos los hay de diversos tipos, dependiendo de la energía que se quiera analizar, y son muy diferentes a los que se emplean comúnmente en astronomía.  Los rayos cósmicos de baja energía se pueden estudiar colocando detectores de radiación a bordo de aviones, globos aerostáticos o incluso satélites o estaciones espaciales.

Para estudiar los rayos cósmicos de más alta energía la tarea se vuelve más difícil, ya que la atmósfera los absorbe. Sin embargo, a cambio, se produce lo que se llama un chubasco de partículas, que no es otra cosa sino una lluvia formada por un gran número de partículas resultado de la colisión del rayo cósmico con los núcleos atómicos del aire.  Las partículas del chubasco viajan a velocidades cercanas a la de la luz y pueden llegar a cubrir superficies de varios cientos de m² hasta las decenas de km² al nivel del suelo.  Se estudia entonces el rayo cósmico original captando las partículas del chubasco y la luz que genera en la atmósfera. Esto se logra mediante extensas redes de detectores de radiación y telescopios esparcidos sobre la superficie terrestre, respectivamente.

¿Por qué es importante el estudio de los rayos cósmicos?

Al momento, no es posible extraer ventaja económica o tecnológica alguna de los rayos cósmicos, excepto por la tecnología que se desarrolla para su estudio. En realidad, la investigación de esta radiación se ha dado con el afán de comprender cómo trabaja la naturaleza, en especial, de estudiar los fenómenos que ocurren en los rincones más energéticos del universo. Sin embargo, las investigaciones se han extendido progresivamente al estudio de sus efectos sobre nuestra tecnología, las telecomunicaciones, el clima, la atmósfera y la salud del hombre, esto último debido al incremento del tráfico aéreo, las estancias espaciales de los astronautas y la posibilidad de desarrollar viajes interplanetarios tripulados en un futuro cercano.

Se sabe, por ejemplo, que durante ciertos eventos, los rayos cósmicos de baja energía pueden ocasionar perturbaciones e interrupciones en las telecomunicaciones y generar sobrecargas en líneas eléctricas. Además, que los rayos cósmicos degradan los páneles solares de los satélites e instrumentos espaciales. Actualmente, se está investigando la influencia sobre los dispositivos electrónicos que empleamos cotidianamente.

Por otra parte, las aplicaciones prácticas son muy pocas por el momento. Pero, se puede mencionar que la radiación penetrante producida en los chubascos de partículas ha sido usada para obtener tomografías del interior de volcanes y pirámides (México y Egipto), y encontrar material radioactivo como Uranio y Plutonio que pudiera ser transportado clandestinamente en vehículos.

Indudablemente, aún falta mucho por descubrir de los rayos cósmicos. Se necesitarán muchas mentes curiosas y dedicadas para resolver el enigma que estos encierran, esperando no tome otro siglo.

El Dr. Juan Carlos Arteaga Velázquez es investigador del Instituto de Física y Matemáticas, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.

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