Los científicos exploran cómo gamma

Jun 13, 2023

Después de la firma del Tratado de Prohibición de Pruebas Nucleares en 1963, científicos estadounidenses lanzaron satélites con el objetivo de monitorear la Tierra en busca de picos de rayos gamma, cuya emisión es el signo revelador de una prueba nuclear clandestina. Sin embargo, los científicos se sorprendieron cuando encontraron ráfagas de rayos gamma no provenientes de la Tierra sino del espacio.

Estos picos transitorios de radiación no fueron obra de extraterrestres que detonaron bombas nucleares. Eran la firma de un estallido de rayos gamma, la explosión más poderosa y peligrosa del Universo. Estos eventos son tan mortales que si ocurriera uno en cualquier lugar de la vecindad cósmica de la Tierra, esterilizaría el planeta. Para comprender mejor el fenómeno, los investigadores del laboratorio del CERN en Europa están utilizando un potente acelerador de partículas para recrear en el laboratorio las intensas condiciones que caracterizan un estallido de rayos gamma.

Se cree que se forma un estallido de rayos gamma cuando una estrella masiva se queda sin combustible nuclear y su núcleo colapsa sobre sí mismo, formando un agujero negro. A medida que la estrella colapsa, forma campos magnéticos muy fuertes, que evitan que parte del material de la estrella caiga en el agujero negro. Estos campos magnéticos guían parte de este material hacia los polos de la estrella y luego lo lanzan al espacio a casi la velocidad de la luz.

La corriente de material expulsado de cada polo se llama chorro, y el material en sí es un plasma caliente, que es el resultado de calentar un gas hasta extremos que pierde algunos de los electrones de sus átomos. Los chorros también incluyen rayos gamma, junto con un intenso chorro de electrones y positrones (el equivalente de antimateria de los electrones). Los electrones y positrones interactúan con los campos magnéticos de formas complejas.

Estos chorros de plasma son extremadamente brillantes. En menos de un segundo, producen tanta energía como la que emitirá el Sol en 10 mil millones de años, y pueden detectarse fácilmente a miles de millones de años luz de distancia. También son bastante mortales. Según algunas teorías, si se produjera un estallido de rayos gamma a unos 200 años luz de la Tierra y los chorros apuntaran directamente hacia nosotros, nuestro planeta se vaporizaría. A mayores distancias, pero aún en la Vía Láctea, la radiación esterilizaría toda la vida en el lado de la Tierra que apunta hacia el estallido.

Incluso un estallido de rayos gamma desde más de mil millones de años luz de distancia puede interrumpir la comunicación por radio aquí en la Tierra. Son así de poderosos. Afortunadamente, estos estallidos son relativamente raros, y los astrónomos no creen que ninguna estrella cercana a la Tierra sea candidata para generar uno. Sin embargo, algunos científicos creen que un estallido de rayos gamma fue responsable de la extinción masiva del Ordovícico-Silúrico hace unos 440 millones de años, durante la cual se extinguió alrededor del 85% de las especies de la era.

Podemos describir los mecanismos básicos que impulsan los estallidos de rayos gamma, pero los detalles siguen siendo un misterio. Es muy difícil para cualquier laboratorio recrear la combinación necesaria de campos magnéticos caóticos dentro de un plasma denso y muy caliente. Sin embargo, los investigadores finalmente están a punto de echar un vistazo a estas complicadas condiciones.

Los científicos del laboratorio del CERN en Europa han creado una instalación a la que llaman Fireball. El CERN es el laboratorio de física de partículas insignia de Europa, más famoso por albergar el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas de mayor energía del mundo. El Colisionador es el componente final de una serie de aceleradores de partículas más pequeños. Cada acelerador eleva la energía de un haz de partículas en cierta cantidad y luego la pasa al siguiente acelerador de la cadena. En muchos sentidos, esto es como las diversas marchas de un automóvil: cada marcha está ajustada para una determinada velocidad.

Uno de los aceleradores del complejo del Gran Colisionador de Hadrones se llama supersincrotrón de protones. En este acelerador, los protones alcanzan el 99,9998% de la velocidad de la luz. Estos protones luego se disparan a un objetivo estacionario. En un procedimiento de varios pasos, se convierten en un haz de electrones y positrones de alta energía. Finalmente, este haz de electrones/positrones se dirige a un recipiente en el que se forma un plasma caliente. (Esto no es tan peligroso como parece. Después de todo, las lámparas fluorescentes contienen plasmas, al igual que las bolas de plasma, que se pueden comprar en tiendas de novedades).

Por lo tanto, la instalación Fireball puede generar una versión en miniatura de las complicadas condiciones que se encuentran dentro del chorro de un estallido de rayos gamma. La propagación de electrones y positrones a través de un plasma es exactamente lo que ocurre en el chorro de un estallido de rayos gamma. Los campos magnéticos en el plasma interrumpen el haz de electrones y positrones, y esta interrupción da forma a campos magnéticos adicionales, lo que aumenta la complejidad.

Aún así, utilizando este equipo único, los científicos esperan mejorar nuestra comprensión de los eventos más energéticos del cosmos. Cuando los científicos anuncien sus resultados, las explosiones más grandes jamás observadas se volverán un poco menos misteriosas.