Los científicos del Observatorio Pierre Auger anunciaron hoy, 8 de noviembre, que las Galaxias con núcleos activos son los más probables candidatos a ser las fuentes de los rayos cósmicos de las energías más elevadas que llegan a la Tierra.
Utilizando el Observatorio Pierre Auger, el mayor observatorio de rayos cósmicos del mundo, ubicado en Malargüe en la provincia de Mendoza, un equipo de científicos de 17 países encontró que las fuentes de partículas de alta energía no se distribuyen de manera uniforme en todo el cielo. En lugar de ello, los resultados del Observatorio Auger vinculan el origen de estas misteriosas partículas con las galaxias cercanas que poseen núcleos activos. Los resultados serán publicados en la edición del 9 de noviembre de la prestigiosa revista Science.
Se cree que los núcleos activos de las galaxias (AGN, según su denominación en inglés) son alimentados por agujeros negros extremadamente masivos que absorben grandes cantidades de materia. Estas galaxias con núcleos activos atraen y devoran gas, polvo y otro tipo de materia y lanzan una prodigiosa cantidad de partículas y energía al cosmos. La mayoría de las galaxias tienen agujeros negros en su centro, con masas que van desde un millón a varios miles de millones de veces la masa de nuestro Sol. El agujero negro en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, posee alrededor de 3 millones de masas solares, pero no se trata de un AGN. Sólo una pequeña fracción de las galaxias tiene núcleos activos. El resultado del Observatorio Auger indica que los AGNs también podrían producir las partículas de mayor energía del Universo. El mecanismo detallado de cómo estos núcleos galácticos activos puede acelerar partículas a energías 100 millones de veces mayor que el más poderoso acelerador de partículas en la Tierra, es aún un misterio.
“Hemos dado un gran paso adelante en la resolución del misterio del origen de los rayos cósmicos de la mayor energía”, dijo el Premio Nobel James Cronin, de la Universidad de Chicago en Estados Unidos, quien concibió el Observatorio Pierre Auger junto con Alan Watson de la Universidad de Leeds de Gran Bretaña.
“Descubrimos que los rayos cósmicos de las más altas energías no llegan por igual de todas direcciones. Existen direcciones de arribo preferenciales. Este descubrimiento abre una nueva era para la observación del universo: ha nacido la astronomía de rayos cósmicos”, dijo Alberto Etchegoyen, uno de los principales impulsores de que el proyecto Auger se concrete en nuestro país, y quien, desde la Comisión Nacional de Energía Atómica, lidera el proyecto en la Argentina.
Los rayos cósmicos son protones y núcleos atómicos que viajan a través del universo con velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Apenas estas partículas ingresan a la atmósfera de nuestro planeta chocan con moléculas de aire y crean una cascada de partículas secundarias, que puede dispersarse en 40 o más kilómetros cuadrados cuando llega a la superficie terrestre.
El Observatorio Pierre Auger de rayos cósmicos registra las cascadas de partículas secundarias mediante un arreglo de 1.600 detectores, distanciados 1,5 kilómetros entre sí y distribuidos en 3.000 kilómetros cuadrados. También cuenta con veinticuatro detectores de fluorescencia, telescopios especialmente diseñados para registrar la tenue luz emitida por la cascada de partículas secundarias cuando atraviesan la atmósfera. La combinación de detectores de partículas y telescopios de fluorescencia proporciona un instrumento excepcionalmente poderoso y preciso.
El Observatorio ya ha registrado casi un millón de cascadas de rayos cósmicos. Sólo los menos frecuentes de ellos, los de mayor energía, l legan a la Tierra sin ser desviados apreciablemente por los campos magnéticos que atraviesan en el espacio interestelar e intergaláctico, lo que posibilita identificar sus potenciales fuentes. Los científicos del Observatorio Auger han registrado hasta la fecha 81 rayos cósmicos con energías superiores a 4 x10 19 electrón voltios (eV), más que cualquier otro observatorio en el mundo. En estos eventos de ultra alta energía, la dirección de arribo de los rayos cósmicos puede determinarse con precisión de tan sólo un grado, y la desviación provocada por los campos magnéticos es de unos pocos grados. Ello permitió a los científicos encontrar la ubicación de las fuentes de estas partículas cósmicas.
“Sabemos que los rayos cósmicos de las más altas energías no pueden provenir de distancias muy grandes, de más de cientos de millones de años luz, porque pierden energía en colisiones con el fondo cósmico de microondas, la radiación remanente del Big Bang que llena todo el espacio” describió Diego Harari, investigador del Centro Atómico Bariloche y del CONICET. “Comparamos las direcciones con que llegan a la Tierra los rayos cósmicos con las posiciones en el cielo de objetos extragalácticos cercanos que sean suficientemente violentos como para poder producir estos rayos cósmicos. Aplicando métodos estadísticos concluimos que l as direcciones de llegada de los 27 rayos cósmicos de mayor energía no están distribuidas al azar”. La mayoría de estos eventos provienen de direcciones próximas a las posiciones de AGNs cercanos, como por ejemplo la galaxia Centaurus A.
La galaxia activa Centaurus A. Se observan claramente los dos jets del núcleo central (VLA, 21cm) y el plano galáctico en el óptico (Hubble, 0,36 - 0,78 µm). Crédito: VLA, Hubble
Lamentablemente, llegan muy pocos rayos cósmicos de ultra alta energía a la Tierra: tan sólo cae uno por kilómetro cuadrado y por siglo, lo que exige un gran observatorio. Debido a su gran tamaño, el Observatorio Auger puede detectar aproximadamente 30 eventos de ultra alta energía por año. Los científicos del Observatorio Auger están desarrollando planes para un segundo observatorio en Colorado, Estados Unidos, para así cubrir todo el cielo y, al mismo tiempo, aumentar sustancialmente el número de eventos de alta energía registrados.
El Observatorio Pierre Auger está siendo construido por un equipo de más de 370 científicos e ingenieros de 17 países. En la Argentina participan científicos, ingenieros y técnicos de la Comisión Nacional de Energía Atómica, el CONICET, la Universidad Tecnológica Nacional, la Universidad Nacional de La Plata, la Universidad Nacional de Cuyo, la Universidad Nacional de Buenos Aires, el Instituto de Astronomía y Física del Espacio y el Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones. Las instituciones responsables de la construcción del Observatorio Auger son la Comisión Nacional de Energía Atómica y el Gobierno de la Provincia de Mendoza. Los investigadores participantes han recibido apoyo de sus respectivas instituciones y del CONICET, la ANPCyT y la Fundación Antorchas. También la Municipalidad de Malargüe ha brindado su apoyo a la realización de este proyecto.
La construcción del Observatorio comenzó en 1999 y, si bien aún no ha finalizado, se están tomando datos en forma estable desde enero de 2004. Actualmente ya están instalados los 24 telescopios de fluorescencia y más de 1400 de los 1600 detectores de partículas. El Proyecto Auger ya se ha comprometido a ampliar las capacidades del Observatorio originalmente previstas, y nuevos desarrollos, con nuevas tecnologías, serán instalados en la planicie de Malargüe en los años venideros.
La colaboración es una verdadera alianza internacional en la que ningún país ha contribuido con más del 25% del costo total de construcción, que asciende a US$ 54 millones. Los nombres de los organismos de financiación que contribuyen al Observatorio Pierre Auger, así como los nombres de las instituciones participantes, se enumeran a continuación de este documento.
El observatorio recibe su nombre por el científico francés Pierre Auger (1899-1993), quien en 1938 fue el primero en observar las amplias cascadas de partículas producidas por la interacción de los rayos cósmicos de alta energía con la atmósfera terrestre.
