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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Dificultades

Hasta ahora, la Astronomía estaba basada en la detección de partículas sin carga eléctrica fotones (luz visible, ondas de radio, rayos X, rayos gamma...) emitidos por los objetos cósmicos pues sólo las partículas sin carga eléctrica llegan a la Tierra sin desviarse en los campos magnéticos cósmicos. Los núcleos atómicos, constituyentes de los rayos cósmicos, poseen carga eléctrica por lo que sus trayectorias sufren numerosas desviaciones y dificulta su rastreo. Gracias al observatorio Auger se ha podido establecer la relación directa entre estos núcleos atómicos y sus fuentes cósmica

SERENDIPIA. También en ciencia el concepto de suerte, serendipia, ayuda a los grandes avances. Se busca algo, ocurre algo imprevisto, casual, y al final se llegan a descubrimientos importantes. Así sucede con el tema que comentamos hoy, de acuerdo con el compromiso adquirido con los amables lectores, ya que es el segundo de los temas pendientes de entre los que destacaba recientemente la revista SCIENCE como más sobresalientes del año 2007.

Tres acontecimientos imprevistos e inexplicables son los precedentes. En febrero de 1962, en el observatorio del Instituto Tecnológico de Massachusetts de Volcano Ranch (Nuevo Mexico, EEUU), se detectó un rayo cósmico con una energía 50 veces superior a las conocidas hasta entonces, superando la cifra, en electrón-voltios, de 10 elevado a 20. Nacía un misterio cósmico.

El 15 de octubre de 1991 en el desierto americano de Dugway Proving Grounds, Utah, sucedió también algo imprevisto. Allí se ubica el detector de rayos cósmicos Fly´s Eye. Los investigadores quedaron pasmados cuando detectaron uno de ellos, con una energía (en electrón-voltios) de 3,2 veces 10 elevado a 20, enormemente superior, hasta 6 veces, a lo que se establecía como posible, pues partículas tan energéticas no podían existir en el universo, ya que la teoría decía que perderían rápidamente su energía en colisiones con la radiación universal de micro-ondas, el residuo del Big Bang (gran explosión).

Dos años más tarde, el 3 de diciembre de 1993 al otro lado del mundo, en Akeno, a 120 kilómetros de Tokyo, donde se ubica el observatorio AGASA con 111 detectores de partículas distribuidos sobre una superficie de 100 kilómetros cuadrados, se registraba otro acontecimiento similar “imposible”, detectándose un rayo cósmico con una energía (en electrón-voltios) de 2 veces el número 10 elevado a 20.

RAYOS CÓSMICOS
Los rayos cósmicos son partículas subatómicas que proceden del espacio exterior con una gran velocidad, cercana a de la luz, lo que les confiere una alta energía. Su descubrimiento se derivó del conocimiento de que la conductividad eléctrica de la atmósfera terrestre se debía a la ionización causada por radiaciones de alta energía. La mayoría de estas partículas son núcleos de átomos o electrones. Algunas de ellas son más energéticas que cualquier otra partícula observada en la naturaleza, poseyendo los más energéticos millones de veces más energía que las partículas producidas por cualquier acelerador en el mundo.

Los rayos cósmicos nos llegan desde el espacio y bombardean constantemente a la Tierra desde todas las direcciones. Su origen no está claro. Se creía que los de baja energía provienen de nuestra galaxia, la Vía Láctea, de la explosión de estrellas llamadas supernovas y que la mayoría de rayos cósmicos ultra-energéticos probablemente procedan de fuentes fuera de la Vía Láctea, pero ¿de dónde?. Como se desconocían posibles orígenes en el Cosmos productoras de partículas con estas energías, ni siquiera en las más violentas explosiones de estrellas, de ahí el interés de su estudio ya que pueden desvelarnos secretos respecto de la evolución y posiblemente el origen del universo.

El estudio de los rayos cósmicos comenzó hace casi 100 años, en 1912, cuando Víctor Hess, premio Nobel de Física en 1936, en un globo a una altura de 5.000 metros, descubrió una "radiación penetrante'' proveniente del espacio. El suyo fue el primero de muchos viajes audaces realizados por los físicos para estudiar los rayos cósmicos. En 1932 Robert Millikan emitió la teoría de que eran rayos gamma del espacio, de ahí el nombre "rayos cósmicos''. En 1938, el investigador Pierre Auger, usando detectores de partículas en las picos de los Alpes, descubrió los de alta energía, a través de los "chubascos aéreos extendidos'', causadas por su colisión con moléculas de aire. Paulatinamente fue creciendo la evidencia que los rayos cósmicos eran en su mayoría partículas energéticas y se fueron identificando en ellos componentes y subpartículas elementales.

OBSERVATORIO AUGER
En 1995, James Cronin, premio Nobel de Física del 1980, con el apoyo de diversas instituciones internacionales lideró a un grupo internacional de 140 investigadores de 15 países, reunidos (física o informáticamente) en el Fermilab de Chicago, para diseñar un nuevo observatorio de rayos cósmicos, el Proyecto Pierre Auger, especializado en detectar rayos cósmicos de más alta energía.

El Observatorio Auger estará emplazado en dos sitios: en Colorado, USA, en construcción,  y en el Hemisferio Sur, en la zona de Malargue, al este de la cordillera de los Andes, en la provincia de Mendoza, Argentina, ya operativo. Cada sitio consistirá en una red de 1600 detectores, distanciados a 1,5 km entre sí, que cubren una superficie de 3000 km2 en cada caso. La red de detectores de superficie se complementa con otra red de detectores, un conjunto de 24 telescopios de alta sensibilidad. La combinación de la información aportada por ambos sistemas permite conocer con una gran precisión la dirección de llegada, energía y naturaleza del rayo cósmico.

La colaboración Pierre Auger involucrará a más de 370 científicos de 60 instituciones, pertenecientes a 19 países que comparten los costos. España es miembro de pleno derecho desde 2002, con la incorporación del grupo de astrofísica de partículas de la Universidad de Santiago de Compostela. En la actualidad cinco instituciones españolas participan activamente, entre ellas el grupo de Física de Altas Energías y Astropartículas de la Universidad de Granada, el grupo dirigido por Fernando Arqueros de la Universidad Complutense de Madrid, y la Universidad de Alcalá, con el grupo dirigido por Luis del Peral.

Los primeros grandes resultados obtenidos por el Observatorio Pierre Auger demuestran que la procedencia de núcleos atómicos extraordinariamente energéticos está relacionada con un conjunto relativamente cercano de Núcleos Galácticos Activos (AGNs), es decir, agujeros negros supermasivos que devoran grandes cantidades de materia de la galaxia que los aloja, emitiendo a cambio gigantescas cantidades de radiación. El hallazgo se publicó en noviembre del 2007 en la revista SCIENCE inaugurando una nueva rama de la astronomía al encontrar evidencias de que la mayor parte de las partículas de rayos cósmicos provienen de una galaxia cercana, Centaurus.