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Esa fina lluvia cósmica

Ramón García López / 09-03-2005

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¿Se ha duchado hoy? Quizás sí, pero lo que es seguro es que en estos momentos está haciéndolo, aunque no sea consciente de ello. No se trata en este caso de una práctica de higiene corporal, sino del hecho de que, como dijo Cecil Powell en 1950 al recibir el Premio Nobel de Física, “viniendo del espacio exterior e incidiendo en la alta atmósfera, hay una fina lluvia de partículas cargadas conocidas como rayos cósmicos” que nos empapa a todos día y noche, estemos o no a la intemperie.

Los rayos cósmicos son esencialmente núcleos de átomos que penetran en la atmósfera de la Tierra con una frecuencia de unas mil partículas por segundo en cada metro cuadrado. Al interaccionar con nuestra atmósfera, en muchos casos también generan otras nuevas partículas y fotones. Descubiertos de forma indirecta a principios del siglo XX por unos científicos estudiosos de la radioactividad, hoy sabemos que proporcionan a nuestro alrededor una energía por unidad de volumen muy grande, al menos como la que nos llega en forma de luz de las estrellas.

Su origen es aún incierto: se sabe que los menos energéticos provienen del Sol, pero la mayoría de los rayos cósmicos con mayores energías debe proceder de regiones de la Galaxia situadas más allá del Sistema Solar. Actualmente, las supernovas son los candidatos más firmes a ser fuentes de rayos cósmicos galácticos. Por otra parte, se cree que los rayos cósmicos aún más energéticos tienen posiblemente un origen extragaláctico. Los objetos astrofísicos que podrían dar lugar a estos últimos son los núcleos activos de galaxias, los estallidos de rayos gamma (GRBs) o las estrellas de tipo Wolf-Rayet, pues todos destacan por generar procesos altamente energéticos, pero no se ha establecido ninguna conexión concluyente entre ellos.

Ocurre también que los rayos cósmicos son los responsables directos de la producción de algunos elementos químicos. Se trata del litio, el berilio y el boro, llamados elementos ligeros porque no sólo no se producen en el interior de las estrellas, a diferencia de la inmensa mayoría de los elementos, sino que pueden llegar a destruirse allí. Se originan cuando colisionan rayos cósmicos energéticos con núcleos de carbono, nitrógeno u oxígeno que pululan por el medio interestelar. Los elementos así generados pasarán después a formar parte de las estrellas que nazcan en esa región. Por ello, midiendo la abundancia de elementos ligeros en estrellas de diferentes edades y estudiando su evolución con el paso del tiempo, es posible inferir de forma indirecta información acerca de la distribución de energía y la composición de estos rayos.

Las incertidumbres de este proceso son, sin embargo, astronómicas (en el sentido numérico del término). Afortunadamente, está en marcha una colaboración que involucra a 56 instituciones de 16 países (entre ellos España), liderada por otro Premio Nobel: Samuel C. Ting. Su objetivo es poner en órbita el experimento AMS (Alpha Magnetic Spectrometer, Espectrómetro Magnético Alpha), que permitirá medir con precisión las características de los rayos cósmicos. La diferencia con otras experiencias previas a bordo de globos aerostáticos es que este nuevo ingenio será instalado en la Estación Espacial Internacional (ISS), a 400 km de altitud, lo que le permitirá alcanzar una gran sensibilidad y operar durante un largo período de tiempo. La participación española tiene su base en el CIEMAT (Madrid), con el que el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) colabora activamente a través del proyecto “Astrofísica de Partículas”.

En 2008, AMS viajará en un trasbordador espacial hasta la estación y, a partir de entonces, desvelará una parte importante del misterio que envuelve a esa fina lluvia que nos empapa permanentemente.

· Información adicional:

“A thin cosmic rain. Particles from outer space”. M. W. Friedlander.
Harvard University Press (2000)

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Rayos cósmicos
Rayos cósmicos interaccionando con la atmósfera terrestre

Autor: G. Pérez (SMM/IAC)

El autor

Ramón García López es Doctor en Ciencias Físicas, profesor del Departamento de Astrofísica de la Universidad de La Laguna y Coordinador del Área de Instrumentación del Instituto de Astrofísica de Canarias.

Entrevista a Ramón García López

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Glosario

Rayos cósmicos

Partículas del espacio que viajan casi a la velocidad de la luz. En su mayor parte, formados por protones. Extremadamente energéticos, de 10⁸ a 10²⁰ eV, por su velocidad y masa, chocan con frecuencia con la atmósfera de la Tierra. Su origen no está claro, aunque siempre se producen en procesos muy energéticos, como en la explosión de supernovas. Inglés: cosmic rays.
Atmósfera

Capa gaseosa que rodea los planetas, estrellas y demás cuerpos celestes. Por la tendencia natural del gas a la expansión, sólo los cuerpos con suficiente fuerza gravitatoria pueden mantenerla. Cuerpos pequeños como la luna, con velocidad de escape muy baja, carecen de ella. Inglés: atmosphere.
Fotón

Unidad mínima de energía electromagnética asociada a una longitud de onda específica. Un fotón es tanto una partícula como una onda. Inglés: photon.
Estrella

Cuerpo compuesto mayoritariamente de hidrógeno y helio y, en menor medida, de oxígeno, nitrógeno y carbono cuya energía procede de reacciones de fusión como las producidas en una bomba de hidrógeno. Se forma por colapso gravitatorio a partir de materia interestelar que, generalmente, ha constituido otras estrellas de las que ha sido expulsada tras algún proceso violento o explosivo. Las estrellas más calientes son blancoazuladas y las más frías son rojas. El brillo de una estrella depende de su distancia a la Tierra y de su luminosidad (brillo intrínseco). Inglés: star.
Galaxias

Sistemas compuestos por miles de millones de estrellas, además de nubes de gas y polvo, que se mantienen unidas por su gravedad mutua.
Generalmente están agrupadas en cúmulos o supercúmulos y se clasifican, según su forma, en elípticas, espirales e irregulares. En una galaxia elíptica (elliptical galaxy), la población estelar aparece distribuida en forma de elipse. Estas galaxias tienen poco o nada de materia interestelar (están muy evolucionadas) y se clasifican de E0 a E7 según la forma de la elipse aparente de casi circular a aplastada.
En una galaxia espiral (spiral galaxy), la población estelar se distribuye en varios brazos con forma espiral. Los brazos espirales contienen muchas estrellas jóvenes además de una gran concentración de material interestelar. Se clasifican de acuerdo con el tamaño del núcleo galáctico y el grado de abertura de los brazos espirales en Sa, Sb y Sc. La letra mayúscula S se refiere a la forma espiral de la galaxia y las letras minúsculas a, b y c a la forma específica del núcleo y de los brazos espirales. En una galaxia espiral barrada (barred spiral galaxy) sus dos brazos espirales se extienden desde una barra central que atraviesa el núcleo galáctico. Se denomina SBa, SBb o SBc, siendo la letra B indicativo de barrada. En una galaxia irregular, la población estelar carece de simetría aparente (irregular galaxy).
Las Nubes de Magallanes (Magellanic Clouds) son dos galaxias irregulares y observables a simple vista desde el Hemisferio Sur como estructuras débiles diseminadas. Estas galaxias son las más cercanas a la Vía Láctea y son satélites de ella. La Nebulosa de Andrómeda es una galaxia espiral similar a la Vía Láctea.
Inglés: galaxies.
Sistema Solar

Término que engloba al Sol y todos los objetos sometidos a su fuerza gravitatoria (cometas, planetas, satélites, asteroides, meteoroides, gas y residuos). Inglés: solar system.
Supernova

Fase final en la vida de una estrella muy masiva en la que ha agotado todo el combustible de sus capas internas, por lo que se vuelve inestable y se contrae bruscamente. Entonces, sufre una gigantesca explosión con gran liberación de energía, pudiendo incrementar su luminosidad varios miles de veces. En un par de segundos emite tanta energía como en el resto de su vida. Gran parte de su masa es lanzada al medio interestelar y el núcleo restante se transforma en una estrella de neutrones o en un agujero negro. Inglés: supernova.
Rayos gamma

Radiación electromagnética de muy alta frecuencia y muy corta longitud de onda, de 10^-11 a 10^-14 m. Son la forma más energética y penetrante de radiación electromagnética. Su origen reside mayormente en fuentes discretas como estrellas de neutrones envueltas en campos magnéticos, algunos cuásares o galaxias activas. Inglés: gamma rays.
Berilio

Elemento químico de símbolo Be, número atómico 4, masa atómica 9.01218, configuración electrónica (He)2s2, con 6 nucleidos, uno solo de los cuales es estable. Forma cristales metálicos con estructura cristalina hexagonal compacta. Inglés: berilium.
Carbono

Elemento químico de símbolo C, número atómico 6, masa atómica 12.011, y configuración electrónica (He)2s22p2, con 7 nucleidos, 2 de los cuales son estables. Elemento cristalino, con 6 modificaciones alotrópicas conocidas, pertenecientes a las variedades de grafito y diamante. Tienen especial interés sus isótopos: C-12, el isótopo más abundante del carbono (la dozava parte de su masa atómica se ha adoptado como unidad de masas atómicas). Inglés: carbon.
Nitrógeno

Elemento químico de símbolo N, número atómico 7, masa atómica 14.0067 y configuración electrónica (He)2s22p3, con 8 nucleidos, 2 de los cuales son estables. Elemento molecular de fórmula N2. Inglés: nitrogen.

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Ramón García López / 09-03-2005

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