Rayos c¨®smicos de agujeros negros

Hay galaxias que, al parecer, tienen en su centro agujeros negros con una masa equivalente a varios miles de millones la del Sol. Esos agujeros se tragan enormes cantidades de materia de su entorno, pero en el proceso tambi¨¦n emiten radiaci¨®n electromagn¨¦tica y part¨ªculas de alta energ¨ªa (protones y n¨²cleos at¨®micos que viajan a casi la velocidad de la luz). Algunas de ellas son las part¨ªculas de m¨¢s alta energ¨ªa que se conocen en el universo; son millones de veces m¨¢s energ¨¦ticas que las que se generan en el m¨¢s potente acelerador construido. Esas part¨ªculas, o rayos c¨®smicos, llegan a la Tierra, chocan con la atm¨®sfera y generan chaparrones de part¨ªculas de menor energ¨ªa que descubri¨®, en 1938, el franc¨¦s Pierre Auger.

El Observatorio Pierre Auger tiene 1.600 detectores de rayos c¨®smicos

Este proceso era hasta ahora una cuesti¨®n m¨¢s te¨®rica que algo comprobado experimentalmente, porque no se hab¨ªan podido identificar las fuentes de las part¨ªculas de alta energ¨ªa, que se detectaban uniformemente distribuidas en el firmamento. Por fin los cient¨ªficos han logrado asociar el origen a los grandes agujeros negros gal¨¢ctticos, con un observatorio internacional instalado en Argentina, el mayor del mundo, y llamado, como es l¨®gico, Pierre Auger. Los rayos m¨¢s energ¨¦ticos que ha registrado el observatorio proceden de regiones del cielo donde hay unas 318 galaxias activas que est¨¢n relativamente cerca: a unos 330 millones de a?os luz de distancia de la Tierra, como mucho. El hallazgo se ha anunciado en la revista Science.

Los f¨ªsicos reconocen que persisten a¨²n inc¨®gnitas sobre el mecanismo que genera las part¨ªculas ultraenerg¨¦ticas en esos agujeros negros. Pero el entusiasmo entre los astr¨®nomos es patente con estos resultados del Pierre Auger, y afirman que "ha comenzado la astronom¨ªa de rayos c¨®smicos".

"Nuestro observatorio ha registrado casi un mill¨®n de chaparrones de rayos c¨®smicos, pero s¨®lo unos pocos, los que tienen las energ¨ªas m¨¢s altas, pueden ser asociados a sus fuentes con suficiente precisi¨®n", dice Enrique Zas, de la Universidad de Santiago de Compostela y miembro del Pierre Auger. "Hemos registrado 81 part¨ªculas con energ¨ªas superiores a 40 trillones de electronvoltios; ning¨²n observatorio hab¨ªa conseguido detectar tantas tan energ¨¦ticas".

Zas fue uno de los pioneros del Auger, en los a?os noventa, cuando incluso explor¨® la posibilidad, junto con el premio Nobel James Cronin, de instalar en Espa?a el observatorio del hemisferio Norte. Pero sali¨® adelante la opci¨®n de EE UU, y la de Argentina para el hemisferio Sur. Este ¨²ltimo se empez¨® a construir en Mendoza, en 1999, y el de EE UU est¨¢ en preparaci¨®n.

La instalaci¨®n de Argentina est¨¢ formada por 1.600 detectores de rayos c¨®smicos -1.400 ya funcionando- y 24 telescopios ¨®pticos que ven la luminosidad de los chaparrones de part¨ªculas generados en la atm¨®sfera. El conjunto cubre un ¨¢rea de 3.000 kil¨®metros cuadrados. La combinaci¨®n de ambos tipos de sensores permite registrar los rayos c¨®smicos, medirlos y reconstruir la direcci¨®n de su fuente. El Auger, con un coste de 38 millones de euros, es una colaboraci¨®n de 370 cient¨ªficos e ingenieros de 17 pa¨ªses.

"Los rayos c¨®smicos de alt¨ªsima energ¨ªa llegan a la Tierra a un ritmo extremadamente lento, en torno a uno por kil¨®metro cuadrado por siglo", explica Zas. "Por eso hay que tener detectores gigantescos para su observaci¨®n". La capacidad del Pierre Auger y sus resultados llevan a Zas a comentar: "Estamos ante las primeras claves sobre una de las principales cuestiones abiertas en astrof¨ªsica de part¨ªculas, un campo apasionante en la frontera entre la f¨ªsica de part¨ªculas, la astrof¨ªsica y la cosmolog¨ªa, que se ha beneficiado de las innovaciones tecnol¨®gicas desarrolladas en f¨ªsica de altas energ¨ªas".

El Auger no se dedica s¨®lo a los rayos c¨®smicos ultraenerg¨¦ticos, sino tambi¨¦n a otras lluvias de part¨ªculas mucho m¨¢s tenues. "Los rayos c¨®smicos de baja energ¨ªa son abundantes y llegan de todas las direcciones, la mayor¨ªa de nuestra propia galaxia [tambi¨¦n con un agujero negro en el centro]. Pero hasta ahora la ¨²nica fuente de part¨ªculas de rayos c¨®smicos conocida con seguridad era el Sol", comenta Paul Mantsch, director del proyecto del Observatorio Pierre Auger. "Cuando te fijas en los rayos c¨®smicos de m¨¢s alta energ¨ªa, originados en los fen¨®menos m¨¢s violentos, ¨¦stos apuntan hacia sus fuentes", contin¨²a. "El reto ahora es registrar suficientes de esos proyectiles c¨®smicos para comprender los procesos que los lanzan al espacio".