Naturaleza al extremo

Una de las preguntas más frecuentes al abordar algún tema es: ¿Cuál es el más extremo de este tipo de cosas? No por nada hay esta famosa lista de los registros de Guiness que abarca una gran variedad de aspectos y actividades, a veces insospechados, de fenómenos, eventos y un sinfín de situaciones que se destacan como las más notables del mundo.

Y si nos hacemos la pregunta refiriéndonos a la partícula más extrema de la naturaleza, ¿que podríamos encontrar? Resulta que la partícula más extrema, si esto lo entendemos como la de mayor energía detectada, se ha encontrado en la llamada radiación cósmica primaria. Esta radiación es, en realidad, el flujo de partículas (fotones, electrones, protones y núcleos de elementos químicos ionizados), que llegan del cosmos a la atmósfera terrestre. Una característica interesante de este flujo de partículas es que disminuye rápidamente en la medida que aumenta la energía. Aclaremos esto con un ejemplo: supongamos que queremos encontrar al ser humano más alto del planeta; para esto, empezamos a medir la altura de las personas y notamos que hay muchas con altura de 1.6 m, que habrá un poco más con alturas mayores, pero después de encontrar a las garrochas humanas de más de 2.2 m, nos será cada vez más difícil encontrar sujetos con 2.3, 2.4 o más metros de altura. Así, en el caso de la radiación cósmica primaria, llegan a la parte alta de la atmósfera de la Tierra unos cuantos miles de partículas por metro cuadrado por segundo con energías de 100 millones de electrón voltios (eV), y al ir aumentando la energía, este flujo disminuye casi mil veces por cada aumento en 10 en la energía. Mientras los astronautas se ven bombardeados por 1 partícula de 100,000 millones de eV (o sea 1011 eV) cada centímetro cuadrado de su cuerpo en cada segundo, esperar ser impactado por alguna con energía mayor, digamos 1019 eV (que sería catastrófico para su salud, pues desarrollaría rápidamente un cáncer generalizado) es muy remota, pues hay un flujo de 1 partícula por kilometro cuadrado por cada siglo de exposición. Esto afortunadamente nos permite seguir con la exploración espacial sin demasiado temor, al menos en lo que a los rayos cósmicos de alta energía se refiere.

Como podemos apreciar del comentario anterior, esto de “cazar” rayos cósmicos de altísima energía es un proceso lento, si tenemos un detector pequeño. Con esto en la mente, un grupo de científicos se propuso construir un experimento que permitiera estudiar a estas poderosísimas, pero muy raras partículas, desde la superficie de la Tierra, lo que requiere necesariamente de un observatorio muy extenso, tanto como la posibilidad práctica y el dinero disponible lo permitieran. El resultado de este esfuerzo se llama Observatorio Pierre Auger inaugurado el 14 de noviembre de 2008, en el que hay más de 250 científicos de 18 países incluyendo a México, y que tiene la impresionante extensión de 3 mil kilómetros cuadrados. Algunos resultados importantes que se han obtenido con su operación son: las direcciones de llegada de los rayos cósmicos de más alta energía no están distribuidas isotrópicamente en el cielo, así que su lugar de origen podría ser algún objeto astronómico; la energía máxima de una partícula que viaja desde una gran distancia está limitada, pues al propagarse en el espacio, interacciona con el fondo de radiación de microondas que fue producido por el big bang, este fenómeno se le llama corte GZK, y el Observatorio Auger demostró que en realidad existe.

Sin embargo, desde la década de los 80 del siglo pasado, un visionario de la física de los rayos cósmicos llamado John Linsley pronosticó que se alcanzaría el límite práctico en cuanto a extensión de los observatorios. Para poder estudiar a las partículas más extremas de la naturaleza, debería cambiarse la estrategia de cacería; en lugar de observar a las partículas desde la superficie de la Tierra, salir al espacio y observar hacia la Tierra usándola como blanco. De esta manera, se pueden observar grandes áreas y por lo tanto colectar más rápidamente una buena cantidad de estos raros eventos. Con este objetivo en mente, se estableció el programa espacial universitario en colaboración con la Universidad Estatal de Moscú y la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas de la BUAP desde 2003.

Tamaño del observatorio Pierre auger comparado con el distrito Federal


Como primer objetivo de dicho programa, se estableció la determinación del nivel de luz ultravioleta que se emite hacia el espacio debido a fenómenos naturales y actividades humanas.


Finalmente, es importante mencionar que la tercer etapa de este programa está en camino y se llama “Satélite universitario Mikahil Lomonosov”, que tendrá instalado un espejo colector de luz de 1.5 m de diámetro combinado con una cámara de respuesta rápida, entre otros instrumentos, que nos permitirá por primera vez tener un registro del desarrollo espacial de estos eventos. En el futuro cercano, se esperan resultados interesantes que permitan develar algunos de los misterios que envuelven a estas partículas y los objetos astronómicos que les dan origen.
Esta etapa fue cubierta por la instrumentación colocada a bordo del satélite universitario Tatiana I, lanzado en 2005 y que se mantuvo tomando datos hasta el año 2008. Se logró el objetivo de manera exitosa y adicionalmente, se encontraron una serie de eventos luminosos muy intensos y breves en la alta atmósfera, que por sus características, no han sido muy estudiados. El segundo paso de este programa se dio al enviar instrumentación mejorada a bordo del satélite Tatiana II, incluyendo detectores más rápidos, de mayor capacidad y sensibles a la luz ultravioleta, roja-infrarroja y a partículas cargadas de alta energía.
Satélite Tatiana ii en su etapa de prueba final

 

Tatiana II fue lanzado en septiembre del 2009 y desafortunadamente sólo estuvo operativo hasta febrero del 2010. Durante ese tiempo, logró adquirir tantos eventos como su antecesor y los resultados de su análisis se han reportado en varios artículos especializados. En particular, la observación de un flujo de partículas cargadas provenientes del viento solar en la región conocida como la anomalía del atlántico del sur nos confirma el funcionamiento de la instrumentación colocada.

 

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