La turbulencia magnética explica la gran energía de los rayos cósmicos

La turbulencia magnética, y no la aceleración de choques en entornos astrofísicos extremos, probablemente actúa como la fuente de energía de los rayos cósmicos, de acuerdo con un nuevo estudio.

Los rayos cósmicos de energía ultraalta, que surgen en entornos como la proximidad de los agujeros negros y las estrellas de neutrones, tienen mucha más energía que las partículas energéticas que emergen de nuestro sol. De hecho, las partículas que componen estas corrientes de energía tienen alrededor de 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.

¿De dónde proviene toda esa energía? Durante muchos años, los científicos creyeron que provenía de choques que ocurren en entornos astrofísicos extremos (por ejemplo, cuando una estrella explota antes de formar un agujero negro, lo que provoca una enorme explosión que levanta partículas).

Esa teoría era plausible, pero, según una nueva investigación publicada en The Astrophysical Journal Letters, las observaciones se explican mejor mediante un mecanismo diferente. Los investigadores descubrieron que la fuente de energía de los rayos cósmicos es más probablemente la turbulencia magnética.

Los autores del artículo descubrieron que los campos magnéticos en estos entornos se enredan y giran, acelerando rápidamente las partículas y aumentando drásticamente su energía hasta un corte abrupto.

"Estos hallazgos ayudan a resolver preguntas persistentes que son de gran interés tanto para los astrofísicos como para los físicos de partículas sobre cómo estos rayos cósmicos obtienen su energía", dijo Luca Comisso, científico investigador asociado en el Laboratorio de Astrofísica de Columbia y uno de los autores del artículo.

Los rayos cósmicos de energía ultraalta son órdenes de magnitud más potentes que las partículas energéticas del sol: pueden alcanzar hasta 10 elevado a 20 electronvoltios, mientras que las partículas del sol pueden alcanzar hasta 10 elevado a 10 electronvoltios, una diferencia de 10 órdenes de magnitud. Para dar una idea de esta enorme diferencia de escala, hay que considerar la diferencia de peso entre un grano de arroz con una masa de aproximadamente 0,05 gramos y un Airbus A380 de 500 toneladas, el avión de pasajeros más grande del mundo.

"Es interesante que estos dos entornos extremadamente diferentes compartan algo en común: sus campos magnéticos están muy enredados y esta naturaleza enredada es crucial para energizar las partículas", dijo Comisso.

"Sorprendentemente, los datos sobre rayos cósmicos de energía ultraalta claramente prefieren las predicciones de turbulencia magnética a las de aceleración de choque. Esto es un verdadero avance para el campo", dijo Glennys R. Farrar, autor del artículo y profesor de física en la Universidad de Nueva York.