Los rayos cósmicos son relevantes para nuestro planeta porque producen las auroras boreales y australes, además de que podrían estar involucrados en la producción de nubes e, incluso, algunos especialistas afirman que es posible que se encuentren relacionados con las extinciones masivas de seres vivos sobre la Tierra.

Así lo explicó la astrofísica Magdalena González Sánchez, investigadora en el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), especialista en rayos gamma de alta energía, en su conferencia Rayos cósmicos, mensajeros del universo, impartida dentro del ciclo Noticias del Cosmos, organizado por el Colegio Nacional.

Como cualquier partícula que proviene del universo, los rayos cósmicos impactan en la atmósfera terrestre, están compuestos 86 por ciento por hidrógeno, 12 por elementos más pesados como el helio, y 2 por neutrones, neutrinos y rayos gamma, dijo.

Su descubrimiento data de 1900, cuando Theodor Wulf, un sacerdote jesuita y físico alemán, se dio cuenta de que su electroscopio –un instrumento utilizado para detectar la presencia y la magnitud de cargas eléctricas en un objeto– se descargaba lentamente, incluso cuando estaba bien aislado, lo que sugería la presencia de una radiación ionizante desconocida.

Después, el físico austriacoVictor Hess realizó una serie de experimentos utilizando globos aerostáticos para medir la radiación a diferentes altitudes, y descubrió que la tasa de ionización aumentaba significativamente con la altura, lo que indicó que la radiación tenía un origen extraterrestre. En 1936, Hess recibió el Premio Nobel de Física por su descubrimiento de los rayos cósmicos.

A partir de ahí, continuó la especialista, los estudios en torno a esta energía continuaron y se profundizaron los años siguientes con Jacob Clay, quien hizo mediciones del Ecuador hacia el Polo Norte y descubrió que el campo magnético terrestre influía sobre éstos. Luego, Bruno Rossi mostró que no llegan uniformemente desde todas las direcciones, e identificó cómo interactúan con la atmósfera terrestre, produciendo cascadas de partículas secundarias.

González Sánchez, quien es iniciadora y colaboradora del observatorio de rayos gamma High Altitude Water Cherenkov (HAWC), en el volcán Sierra Negra en Puebla, consideró que plantear la pregunta ¿dónde se originan los rayos cósmicos?, es lo mismo que decir: ¿dónde se originan los elementos que constituyen la materia ordinaria: la observamos y de la cual estamos hechos, con la que interactuamos?

Detección de partículas

Esta energía se origina de las explosiones de supernovas, los agujeros negros y eventos solares, lo cual hace que contengan elementos pesados como hierro, níquel, cromo, manganeso y cobalto. Después, con su interacción con el medio interestelar, producen elementos secundarios, como litio, berilio y boro.

La doctora en física por la Universidad de Wisconsin dijo que la importancia de estudiar los rayos cósmicos tiene implicaciones científicas, tecnológicas y prácticas en diversas áreas.

En el caso de la tecnología, se estima que los detectores de estas partículas han llevado al desarrollo de técnicas avanzadas para la monitorización de radiación y la detección de partículas. En el ámbito científico se promueven colaboraciones internacionales y multidisciplinarias, uniendo a científicos de diversas áreas como la astrofísica, la física, la ingeniería y la meteorología.

Respecto a su interacción con la atmósfera terrestre, los rayos cósmicos pueden tener efectos sobre el clima, la formación de nubes y ser el origen de los relámpagos.

En México, el estudio de los rayos cósmicos se realiza desde el telescopio HAWC, que se ubica a 4 mil metros sobre el nivel del mar. Su infraestructura está diseñada para detectar la radiación Cherenkov producida por las cascadas de partículas secundarias generadas cuando los rayos cósmicos y los gamma interactúan con la atmósfera terrestre.

En lugar de antenas, tiene una matriz de tanques de agua distribuidos en un área de aproximadamente 22 mil metros cuadrados. Dentro de cada tanque, se instalan uno o varios fotomultiplicadores en la parte inferior. Estos dispositivos son sensibles a la luz Cherenkov y convierten los fotones detectados en señales eléctricas; así los científicos monitorean los rayos cósmicos y los gamma con las energías más altas.

El telescopio HAWC es uno de los instrumentos más importantes que tenemos para continuar con el estudio de estas partículas. Entre sus aportaciones destacan el mapeado de extensas regiones del cielo en busca de fuentes de rayos gamma de alta energía, pero también ha identificado y caracterizado varias fuentes galácticas y extragalácticas de rayos gamma y contribuido al estudio de agujeros negros supermasivos, núcleos galácticos activos y pulsares, concluyó González Sánchez.