La entrega de los últimos premios Nobel en las disciplinas científicas han reconocido el rol de la nanotecnología, de aquellos elementos que pese a ser invisibles a la vista, tienen la virtud de modificar la vida cotidiana de las personas. Los rayos cósmicos, también inaccesibles al ojo humano, son partículas que provienen del espacio y tienen la capacidad de brindar algunas pistas fundamentales para la comprensión del cosmos. De hecho, identificar su origen sirve para entender cuáles son las fuentes astrofísicas con mayor energía en el universo. Aún resulta sorprendente y causa vértigo: la humanidad habita un vecindario que desconoce por completo.
Los rayos cósmicos atraviesan el espacio interplanetario hasta llegar a la Tierra y su campo geomagnético, una especie de imán en el centro del planeta. En algunos casos, provenientes a partir de la explosión de estrellas o directamente desde el Sol, poseen una energía muy elevada, se trasladan a gran velocidad (300 mil kilómetros por segundo) y bombardean la superficie del mundo. Al ser exploradas en detalle, estas partículas viajeras constituyen una fuente de información muy valiosa de contextos pretéritos sobre los que la humanidad sabe realmente poco. Funcionan como “trazadoras de información”: brindan datos de su punto de partida y las rutas que recorrieron.
“Hay muchas fuentes, como el Sol, que emiten rayos cósmicos. Lo que hay que entender es que algunas emiten más energía que otras. Está el caso de los denominados ‘rayos cósmicos de ultra alta energía’, partículas cargadas que, por lo general, no sabemos ni siquiera de dónde vienen. Podrían provenir de galaxias de núcleo activo, de remanentes de supernovas, de un agujero negro supermasivo, de una estrella de neutrones”, explica Ana Pichel, doctora de la Universidad de Buenos Aires e Investigadora del Conicet en Instituto de Astronomía y Física del Espacio.
La física de partículas estudia cómo se relacionan entre sí los componentes más elementales de la materia. Prevé un campo disciplinar que tiene como objetivo principal diseñar un esquema que explica el pasado, presente y futuro del universo. Desentrañar los secretos mejor guardados: he allí la cuestión. No saber con precisión de dónde vienen los rayos cósmicos de alta energía ya es un motivo lo suficientemente movilizador como para querer detectarlos y tratar de averiguar su importancia. “Además de su punto de partida, es fundamental analizar su composición, es decir, de qué están hechos. Podrían ser, por ejemplo, partículas livianas como el hidrógeno, o bien, más pesadas, como helio, carbono o hierro”, advierte Pichel.
Beatriz García, investigadora del Conicet y responsable de Educación y Divulgación en el Observatorio Pierre Auger, comparte la importancia de estudiar el cosmos. “El origen, la evolución y los probables escenarios de fin del universo en el que vivimos y somos parte constituyen los grandes interrogantes de la humanidad. La vida es consecuencia del universo: la energía se tuvo que transformar en materia, esta se tuvo que procesar y debieron emerger los elementos pesados. Luego debieron nacer estrellas y morir muchas más para que se produjeran finalmente los elementos químicos que definen la vida”, sostiene.
La atmósfera como escudo e hipótesis en el camino
Los rayos cósmicos presentan una gran diversidad en relación a sus características y energía. Se estima que, aproximadamente, unas 10 mil partículas caen a la Tierra por segundo y se topan con la atmósfera. El Sol, que permite la vida en el planeta, emite radiaciones –desde partículas de luz ultravioleta que queman la piel hasta protones y electrones de altas energías– y los seres vivos sobreviven gracias a la existencia de ese escudo tan particular. Una especie de paraguas que protege de la incesante tormenta imperceptible.
Al respecto, Pichel apunta: “Cuando llegan a la Tierra, no provocan ningún efecto en la salud de los seres humanos porque tenemos una atmósfera que nos protege. Interactúan con esta y producen una cascada de partículas, pierden energía y su trayectoria se atenúa”. Los astronautas saben bien que si permanecen en el espacio durante mucho tiempo, podrían enfrentarse a una exposición intensa de rayos cósmicos y, eventualmente, quedarse ciegos, cuenta la investigadora.
Aunque en el presente, gracias al avance de las ciencias, las cosas parecen estar más claras, no sucedía lo mismo un siglo atrás. Durante las primeras décadas del 1900, se pensaba que los rayos cósmicos provenían del suelo y que, como resultado, las personas interactuaban con materiales más o menos radiactivos. En ese marco, un austríaco llamado Víctor Hess se subió a un globo y advirtió que los grados de radiación aumentaban mientras el transporte iba ascendiendo. De este modo concluyó que la radiación no provenía del suelo sino del cielo.
Su postulado, formulado en 1912, rezaba: “Una radiación de gran poder penetrante entra en nuestra atmósfera desde arriba”. Sus valiosos hallazgos científicos fueron recompensados con varios galardones, entre los que se encuentra el Premio Nobel de Física, que compartió con el físico estadounidense Carl David Anderson en 1936.
Cazafantasmas argentinos
En Argentina, hay algunos laboratorios que tienen los instrumentos necesarios para poder detectar los rayos cósmicos. Uno es el Observatorio Pierre Auger, una institución mendocina y de tradición en el área, que se ubica en Malargüe y posee detectores de superficie y de fluorescencia colocados de manera estratégica. “Los rayos cósmicos de alta energía que estudiamos nosotros son el producto de eventos muy energéticos, como núcleos de galaxias activos y supernovas. En muchos casos, incluso, son eventos astrofísicos que acontecen más allá de la Vía Láctea”, dice García.
Si bien hay zonas ecuatoriales donde la superficie está muy protegida y llega poca cantidad de estas partículas; en las regiones polares, el flujo de rayos cósmicos es mucho mayor. Por ello, para Argentina, la Antártida es un lugar seductor para realizar este tipo de estudios. Desde 2019, está Neurus (bautizado de esa manera por el personaje de Súper Hijitus) que caracteriza las partículas que llegan a la Tierra y analiza eventos como las tormentas solares. El proyecto es coordinado por Sergio Dasso, investigador principal del Conicet en el Instituto de Astronomía y Física del Espacio y profesor en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la Universidad de Buenos Aires.
Qubic, por su parte, está localizado en Altos Chorrillos (Salta), a 4900 metros sobre el nivel del mar. Se trata de un proyecto internacional de cosmología experimental que busca dar respuesta a una pregunta clave en el mundo de la ciencia: ¿qué pasó en esas primeras fracciones de segundo después del Big Bang? En términos técnicos, el telescopio es capaz de medir la polarización de la radiación de fondo cósmico de microondas, es decir, mensurar la oscilación de la luz en busca de vestigios de las ondas gravitacionales primordiales, que ocurrieron hace 13.800 millones de años.
En paralelo, desde hace años está en construcción el Laboratorio Andes, un proyecto de detección de partículas y radiación. Planificado en el túnel Agua Negra en la cordillera de los Andes, entre San Juan en Argentina y Coquimbo en Chile, su principal objetivo será la identificación de neutrinos y materia oscura, dos de los enigmas cósmicos sobre los que existen menos precisiones científicas a la fecha.
Diseñar estos observatorios no solo resulta fundamental para el avance del conocimiento científico, sino que también es clave por lo que sucede durante el proceso. “En el camino de intentar responder a estos interrogantes, se desarrollan tecnologías que no son exclusivamente empleadas en el campo científico. Una de las grandes aplicaciones de la astrofísica, motivada por el esfuerzo de tratar de extraer de la luz información de las primeras galaxias, de material interestelar y del origen del universo, es la medicina por imágenes que se utiliza actualmente”, ejemplifica García. La científica refiere a aquellas tecnologías de la salud que, en el presente, emplean principios básicos que explican la interacción de la luz con la materia: radiografías, resonancias magnéticas, tomografías por emisión de positrones. Aunque no fueron creadas con ese propósito, hoy mejoran el diagnóstico médico.
Así de imprevisible y maravillosa es la ciencia básica que sirve para estudiar los rayos cósmicos, también imprevisibles y maravillosos.