Una partícula de alta energía cae del espacio a la superficie de la Tierra, pero no se sabe de dónde procede ni qué es exactamente. Esto puede parecer sacado de la ciencia ficción, pero es una realidad científica, como demuestra la investigación dirigida por el profesor asociado Toshihiro Fujii, de la Facultad de Ciencias y el Instituto Nambu Yoichiro de Física Teórica y Experimental de la Universidad Metropolitana de Osaka.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas energéticas procedentes de fuentes galácticas y extragalácticas. Los rayos cósmicos con una energía extremadamente alta son excepcionalmente raros; pueden alcanzar más de 1018 electronvoltios o un exa-electronvoltio (EeV), que es aproximadamente un millón de veces superior a la alcanzada por los aceleradores más potentes jamás fabricados por el ser humano.

Persiguiendo estos rayos desde el espacio, el profesor Fujii y un equipo internacional de científicos llevan a cabo desde 2008 el experimento Telescope Array. Este detector especializado en rayos cósmicos consta de 507 estaciones de superficie de centelleo, que cubren una extensa área de detección de 700 kilómetros cuadrados en Utah (Estados Unidos). El 27 de mayo de 2021, los investigadores detectaron una partícula con un nivel de energía de 244 EeV.

Cuando descubrí por primera vez este rayo cósmico de energía ultraelevada, pensé que debía de tratarse de un error, ya que mostraba un nivel de energía sin precedentes en las últimas 3 décadas, compartió el profesor Fujii.

Ilustración artística del rayo cósmico extremadamente energético observado por un conjunto de detectores de superficie del experimento Telescope Array, denominado «partícula Amaterasu» | foto Osaka Metropolitan University/Kyoto University/Ryuunosuke Takeshige

Este nivel de energía es comparable al del rayo cósmico más energético jamás observado, apodado la partícula «Oh-Mi-Dios», que tenía una energía estimada de 320 EeV cuando se detectó en 1991.

De entre los muchos candidatos a dar nombre a la partícula, el profesor Fujii y sus colegas se decantaron por «Amaterasu», en honor a la diosa del sol que, según las creencias sintoístas, desempeñó un papel decisivo en la creación de Japón.

La partícula Amaterasu es quizá tan misteriosa como la propia diosa japonesa. ¿De dónde procede? ¿Qué era exactamente? Estas preguntas siguen sin respuesta. Existe la esperanza de que la partícula Amaterasu allane el camino para esclarecer los orígenes de los rayos cósmicos.

No se ha identificado ningún objeto astronómico prometedor que coincida con la dirección desde la que llegó el rayo cósmico, lo que sugiere posibilidades de fenómenos astronómicos desconocidos y orígenes físicos novedosos más allá del Modelo Estándar, reflexiona el profesor Fujii.

En el futuro, nos comprometemos a seguir operando el experimento Telescope Array, mientras nos embarcamos, a través de nuestro actual experimento mejorado con sensibilidades cuádruples, apodado TAx4, y de observatorios de próxima generación, en una investigación más detallada de la fuente de esta partícula extremadamente energética.

Fuentes

Osaka Metropolitan University | Telescope Array, An extremely energetic cosmic ray observed by a surface detector array, Science (2023). DOI:10.1126/science.abo5095

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