Durante más de 100 años, los científicos han intentado comprender los rayos cósmicos, partículas increíblemente poderosas que viajan por el universo con energías extremas. A pesar de décadas de investigación, quedan muchas preguntas sin respuesta sobre de dónde vienen y cómo se aceleran. Ahora, los investigadores que trabajan con el telescopio espacial DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) han descubierto una nueva pista importante. Sus hallazgos, publicados la naturalezaEsto revela una característica común que comparten estas misteriosas partículas y puede ayudar a los científicos a comprender mejor sus orígenes.
Los rayos cósmicos son las partículas de mayor energía que se ven en la naturaleza. Transportan mucha más energía que las partículas producidas por los aceleradores más avanzados de la Tierra. Los científicos creen que son creados por algunos de los eventos más violentos del universo, incluidas explosiones de supernovas, chorros de agujeros negros y púlsares.
Lanzado en diciembre de 2015, el telescopio espacial DAMPE fue diseñado para investigar la naturaleza de los rayos cósmicos y explorar posibles conexiones con la materia oscura. La misión cuenta con una importante contribución del Grupo de Astrofísica del Departamento de Física Nuclear y de Partículas (DPNC) de la Universidad de Ginebra (UNIGE).
Al examinar los datos de alta precisión recopilados por DAMPE, los investigadores descubrieron un patrón universal en el espectro de energía de los núcleos de los primeros rayos cósmicos, desde los protones más ligeros hasta los núcleos de hierro mucho más pesados.
“Los rayos cósmicos se componen principalmente de protones, pero también de núcleos de helio, carbono, oxígeno y hierro”, explica Andriy Tikhonov, profesor asociado del DPNC en la Facultad de Ciencias de UNIGE y coautor del estudio. electrón-voltio; intermedio, de varios miles de millones a varios cientos de miles de millones de electronvoltios; y más, 1 billón de electronvoltios y más”.
Los científicos descubren un patrón de rayos cósmicos compartido
Las investigaciones han demostrado que para cada tipo de núcleo estudiado, el número de partículas comienza a disminuir muy rápidamente después de alcanzar un cierto umbral. Los científicos llaman a este efecto “ablandamiento espectral”.
Generalmente, los rayos cósmicos de alta energía se vuelven menos comunes a medida que aumenta la energía. Sin embargo, las observaciones de DAMPE revelaron que el colapso se vuelve dramáticamente mayor más allá de la rigidez de aproximadamente 15 Tv (teraelectrones-voltios). La rigidez describe la fuerza con la que la trayectoria de una partícula resiste la flexión provocada por un campo magnético.
Debido a que esta misma característica aparece en una amplia variedad de partículas, los resultados respaldan firmemente las teorías que sugieren que la aceleración y el movimiento de los rayos cósmicos a través del espacio están gobernados por la rigidez. Al mismo tiempo, los datos descartan en gran medida explicaciones contrapuestas basadas en la energía por nucleón (energía dividida por el número de nucleones de la partícula). Según los investigadores, el nivel de confianza frente a estos modelos alternativos alcanzó el 99,999%.
La IA y los detectores avanzados ayudan a impulsar el descubrimiento
Los investigadores de Ginebra han desempeñado un papel importante en este progreso. El equipo desarrolló sofisticados métodos de inteligencia artificial para reconstruir los eventos de partículas detectados por el telescopio. También contribuyeron a importantes mediciones relacionadas con los flujos de protones y helio y ayudaron en el análisis de datos del núcleo de carbono.
Además, el grupo de Ginebra lideró el desarrollo de uno de los instrumentos clave de DAMPE, el Silicon-Tungsten Tracker (STK). Estos detectores son esenciales para rastrear con precisión las trayectorias de las partículas y determinar la carga eléctrica de los rayos cósmicos entrantes.
Los descubrimientos marcan un avance importante en la comprensión de cómo se forman los rayos cósmicos y cómo viajan a través de las galaxias. Los científicos dicen que los nuevos hallazgos imponen estrictas limitaciones a los modelos existentes de aceleración de partículas en fuentes astrofísicas y mejoran nuestra comprensión de cómo se mueven las partículas de alta energía a través del espacio interestelar.
