Se descubrió que las moléculas de helio en los rayos cósmicos siguen la ley del doble poder roto, con un endurecimiento espectral de 1,3 TeV y un ablandamiento de 30 TeV. Fuente: Universidad de Waseda
Gran parte de nuestra comprensión del universo y sus misteriosos fenómenos se basa en interpretaciones teóricas. Para profundizar nuestra comprensión de los objetos distantes y los fenómenos energéticos, los astrónomos observan los rayos cósmicos, que son partículas cargadas de alta energía compuestas de protones, electrones, núcleos atómicos y otras partículas subatómicas.
Dichos estudios revelaron que los rayos cósmicos contienen todos los elementos que conocemos de la tabla periódica, lo que sugiere que estos elementos provienen de estrellas y eventos de alta energía como las supernovas. Además, debido a su naturaleza cargada, el camino de los rayos cósmicos a través del espacio se ve afectado por los campos magnéticos de los fenómenos y objetos interestelares.
Por lo tanto, las observaciones detalladas de los rayos cósmicos no solo pueden arrojar luz sobre el origen de estas partículas, sino también descifrar la existencia de objetos y fenómenos de alta energía, como restos de supernovas, púlsares e incluso materia oscura. Para observar mejor la radiación de alta energía, Japón, Italia y EE. UU. establecieron conjuntamente el Telescopio de electrones CALorimétrico (CALET) en la Estación Espacial Internacional en 2015.
En 2018, las observaciones del espectro de protones de rayos cósmicos de 50 GeV a 10 TeV revelaron que el flujo de partículas de protones a altas energías era mucho mayor de lo esperado. Estos resultados se apartaron de los modelos convencionales de aceleración y propagación de rayos cósmicos, que suponen una “distribución de potencia única” en la que el número de partículas disminuye al aumentar la energía.
Así, en un estudio publicado en 2022, el equipo de CALET, que incluye a investigadores de la Universidad de Waseda, encontró protones de rayos cósmicos en el rango de energía de 50 GeV a 60 TeV para seguir la “ley del doble poder roto”. Esta ley asume que el número de partículas de alta energía aumenta inicialmente hasta 10 TeV (el llamado endurecimiento espectral) y luego disminuye con el aumento de la energía (el llamado ablandamiento espectral).
Ampliando estas observaciones, el equipo ahora ha encontrado tendencias similares en el endurecimiento y ablandamiento espectral en el espectro del helio de rayos cósmicos capturado en una amplia gama de energías, desde 40 GeV a 250 TeV.
Estudio publicado en la revista Cartas de inspección físicafue dirigido por el Profesor Asociado Kazuyoshi Kobayashi de la Universidad de Waseda en Japón, con contribuciones del Profesor Emérito Shoji Torii, investigador principal del proyecto CALET, también afiliado a la Universidad de Waseda, y el asistente de investigación Paolo Brogi de la Universidad de Siena, Italia.
“CALET observó con éxito la estructura espectral de la energía del helio en los rayos cósmicos, especialmente el endurecimiento espectral que comienza alrededor de 1,3 TeV y la tendencia de ablandamiento que comienza alrededor de 30 TeV”, dice Kobayashi.
Estas observaciones se basan en datos recopilados por CALET a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS) entre 2015 y 2022. Representando el mayor rango de energía de partículas del núcleo cósmico de helio hasta la fecha, estas observaciones proporcionan evidencia adicional de las desviaciones del flujo de partículas del modelo legal de potencia única. Los investigadores notaron que la desviación de la distribución de potencia esperada era más de ocho desviaciones estándar de la media, lo que indica una probabilidad muy baja de que esta desviación ocurra por casualidad.
En particular, la rigidez espectral inicial observada en estos datos sugiere que puede haber fuentes o mecanismos únicos responsables de la aceleración y propagación de los núcleos de helio a altas energías. El descubrimiento de estas características espectrales también está respaldado por observaciones recientes del Dark Matter Particle Explorer y desafía nuestra comprensión actual del origen y la naturaleza de los rayos cósmicos.
“Estos resultados contribuirían significativamente a nuestra comprensión de la aceleración de los rayos cósmicos en el remanente de supernova y el mecanismo de propagación”, dice Torii.
Estos descubrimientos, sin duda, amplían nuestra comprensión del universo. Incluso mientras nos preparamos para misiones tripuladas a la Luna y Marte, la distribución de energía de las partículas de rayos cósmicos también puede proporcionar una mayor comprensión del entorno de radiación en el espacio y su impacto en los astronautas.
Proporcionado por la Universidad de Waseda