Los orígenes de la 'Partícula OMG'

los orígenes de la ‘Partícula OMG’

Paul Sutter es astrofísico de la Universidad Estatal de Ohio y científico en jefe en el centro de ciencias COSI. Sutter también es el anfitrión de » Ask a Spaceman » y » Space Radio «, y lidera AstroTours en todo el mundo. Sutter contribuyó con este artículo a las voces expertas de Space.com: Op-Ed & Insights .

En este momento, mientras lees este mismo texto, tu ADN está siendo cortado por pequeñas balas invisibles. Los traficantes de daños son conocidos como rayos cósmicos , a pesar de que no son en absoluto rayos, pero el nombre se debe a un malentendido histórico. En cambio, son partículas: electrones y protones, en su mayoría, pero en ocasiones cosas más pesadas como helio o incluso núcleos de hierro.

Estas partículas cósmicas son un problema, porque a) son rápidas, tienen mucha energía cinética y b) están cargadas eléctricamente. Esto significa que pueden ionizar nuestros pobres nucleótidos de ADN , desgarrándolos y ocasionalmente llevando a errores de replicación incontrolables (también conocido como cáncer). [

yeen y como si esto no fuera suficientemente malo, de vez en cuando, aproximadamente una vez por kilómetro cuadrado por año, una partícula entra gritando en nuestra atmósfera superior a una velocidad verdaderamente monstruosa, golpeando contra una desafortunada molécula de nitrógeno u oxígeno y cayendo en cascada en una ducha de partículas secundarias de menor energía (pero aún mortal, por supuesto).

Solo hay una respuesta apropiada cuando se enfrenta a una partícula de un potencial tan descabellado: «OMG».

Fastballs

«OMG» fue el apodo que se le dio al primer ejemplo de lo que ahora se conoce como rayos cósmicos de ultra alta energía, detectado en 1991 por el detector de rayos cósmicos Fly’s Eye de la Universidad de Utah. Ese solo protón se estrelló en nuestra atmósfera, pasando aproximadamente al 99.99999999999999999999951 por ciento de la velocidad de la luz. Y no, todos esos nueves no son solo para lograr un efecto dramático para que el número se vea impresionante, realmente fue tan rápido. Esta partícula tenía la misma cantidad de energía cinética que una pelota de béisbol lanzada decentemente … comprimida en un objeto del tamaño de un protón.

Eso significa que esta partícula tenía más de 10 millones de veces más energía de la que puede producir nuestro colisionador de partículas más poderoso, el LHC. Debido a la dilatación relativista del tiempo , a esa velocidad, la partícula OMG podría viajar a nuestra estrella vecina más cercana, Proxima Centauri, en 0,43 milisegundos del tiempo de la propia partícula. Podría continuar en nuestro núcleo galáctico cuando hayas terminado de leer esta oración (desde su propia perspectiva).

Dios mío, de hecho.

Desde la detección de esa partícula, hemos seguido mirando los cielos para estos eventos extremos utilizando telescopios y detectores especializados en todo el mundo. En total, hemos grabado alrededor de un centenar de partículas de la clase OMG en las últimas décadas.

Esas pocas docenas de ejemplos aclaran y profundizan los misterios de sus orígenes. Más datos siempre son buenos, pero ¿qué diablos en nuestro universo es lo suficientemente poderoso como para dar a un protón un crack lo suficientemente bueno como para casi casi desafiar la luz a una raza?

Knuckleballs

Para acelerar una partícula cargada a velocidades insanas, necesitas dos ingredientes clave: mucha energía y un campo magnético. El campo magnético hace el trabajo de transferir a la partícula las energías que estén en tu evento (por ejemplo, la energía cinética explosiva de una explosión de supernova o la atracción gravitatoria arremolinante cuando la materia cae hacia un agujero negro). La física detallada es, naturalmente, increíblemente complicada y no muy bien entendida. Los lugares de nacimiento de los rayos cósmicos son tremendamente complicados y se encuentran en regiones extremas de nuestro universo, por lo que una imagen física completa será difícil de conseguir.

Pero aún podemos hacer algunas conjeturas sobre de dónde vienen ejemplos extremos como nuestro amigo, la partícula OMG. Nuestra primera suposición podría ser supernovas , las muertes titánicas de estrellas masivas. ¿Campos magnéticos? Comprobar. ¿Mucha energia? Comprobar. Pero no la energía suficiente para hacer el truco. La detonación estelar de variedad de jardín simplemente no tiene suficiente fuerza bruta para escupir partículas a las velocidades que estamos considerando.

¿Que sigue? Los núcleos galácticos activos son fuertes contendientes. Estos núcleos se crean como remolinos de materia hasta su perdición alrededor de un agujero negro supermasivo situado en el centro de una galaxia; ese material se comprime y se calienta, formando un disco de acreción en sus momentos finales. Ese infierno retorcido genera intensos campos magnéticos a partir de acciones de dínamo, formando la potente mezcla de ingredientes necesaria para agregar una gran potencia a las partículas expulsadas.

Excepto (y sabías que iba a haber un «excepto»), los núcleos galácticos activos están demasiado lejos para producir rayos cósmicos que alcanzan la Tierra. A las velocidades ridículas de un rayo cósmico de ultra alta energía, cruzar el cosmos es más como tratar de atravesar una ventisca. Esto se debe a que, a esas velocidades, el fondo cósmico de microondas (el torrente de fotones de baja energía que queda del universo primigenio) parece muy desplazado hacia las energías superiores. Entonces, esa luz de alta intensidad golpea y azota al rayo cósmico que viaja, ralentizándolo y finalmente deteniéndolo.

Por lo tanto, no debemos esperar que los rayos cósmicos más potentes viajen a más de cien millones de años luz más o menos, y la mayoría de los núcleos galácticos activos están mucho, mucho más lejos de nosotros que eso.

Curveballs

Durante bastante tiempo, uno de los principales sospechosos de la generación de OMG fue Centaurus A , un núcleo galáctico activo relativamente cercano que se encuentra entre 10 y 16 millones de años luz de distancia. Potente, magnético y cercano: el combo perfecto. Pero mientras que algunas encuestas han insinuado que los rayos cósmicos pueden provenir de su dirección general, nunca ha habido una correlación lo suficientemente clara como para sacar esa galaxia de sospechosa a convicta. [

Parte del problema es que el propio campo magnético de la Vía Láctea altera sutilmente la trayectoria de los rayos cósmicos entrantes, disfrazando sus direcciones originales. Entonces, para reconstruir la fuente de un rayo cósmico, también necesitas modelos para la fuerza y las direcciones del campo magnético de nuestra galaxia, algo que no manejamos del todo.

Si el generador OMG no es Centaurus A por sí mismo, entonces tal vez se trate de las galaxias Seyfert , una cierta subclase galáctica de núcleos galácticos activos generalmente más cercanos, generalmente más débiles (pero aún increíblemente brillantes y fuertes). Pero, de nuevo, con ni siquiera un centenar de muestras para dibujar, es difícil hacer una determinación estadística rigurosa.

Tal vez sean estallidos de rayos gamma , que se cree que emanan del peculiar final catastrófico de algunas de las estrellas más extremas. Pero nuestra comprensión de la física de esa situación es (¿puedes creerlo?) Algo incompleto.

Tal vez sea algo más exótico, como los defectos topológicos de los primeros momentos del Big Bang o algunas interacciones funky dentro de la materia oscura. Tal vez estamos obteniendo la física incorrecta y nuestros cálculos de límite de distancia no son precisos. Tal vez, tal vez, tal vez …

Los verdaderos orígenes de estas partículas de ultra alta energía «OMG» son difíciles de precisar, y a pesar de casi 30 años de historia de detección, no tenemos muchas respuestas firmes. Lo cual está bien, es bueno tener al menos algunos misterios en el universo.