Radiación cósmica en La Palma

La existencia de partículas ionizantes de alta energía procedentes del espacio y que bombardean la atmósfera terrestre como una lluvia incesante fue demostrada en 1912, cuando Victor Hess ascendió por primera vez en un globo con aparatos de medida de la ionización del aire hasta una altura de cinco kilómetros. Observó, en contradicción con la opinión de los científicos de la época, que, a medida que ascendía, la ionización del aire aumentaba. Este fenómeno sólo se puede explicar asumiendo la existencia de partículas de alta energía procedentes del cosmos.El ritmo medido de llegada de partículas cósmicas a nivel del mar es de unas 200 partículas por segundo y por Metro cuadrado. ' Hasta los años cincuenta, con el estudio de la radiación cósmica se descubrieron nuevas partículas elementales: positrón, muón, pión, etcétera.

La radiación cósmica está formada por partículas con carga eléctrica, como protones, núcleos atómicos (por ejemplo, el hierro) y electrones, y partículas neutras, como los rayos gamma. Algunas partículas cósmicas tienen energías tan altas (100 millones de veces mayor que la energía máxima obtenida con el más potente acelerador de partículas terrestre), que aún hoy en día se está debatiendo el mecanismo de aceleración con el que se alcanzan semejantes energías. A pesar de que la radiación cósmica se descubrió hace casi 90 años, su origen sigue siendo un misterio.

Las partículas cósmicas con carga eléctrica llegan distribuidas isótropamente al ser deflectadas por el débil campo magnético interestelar. La radiación gamma, al ser neutra, llega a la Tierra sin desviarse, por lo que su detección permite conocer su origen. La radiación cósmica de baja y media energía sé mide directamente con pequeños detectores instalados en globos o en satélites, y la de alta energía, de forma indirecta con grandes detectores terrestres.

Cuando un rayo cósmico de alta energía llega a la atmósfera terrestre, colisiona con sus moléculas, produciendo partículas secundarias menos energéticas que, por choques sucesivos, originan una cascada atmosférica de millones de nuevas partículas que pueden ser detectadas en el suelo. Las cascadas pueden tener varios cientos de metros de diámetro y llegan como un cono de luz y partículas que dura un tiempo muy breve, algunos nanosegundos (10 -9 segundos).

En el observatorio del Roque de los Muchachos (isla de La Palma), del Instituto de Astrofísica de Canarias, a 2.200 metros de altura, está instalado HEGRA (High Energy Gamma Ray Astronomy), el experimento de detección de radiación cósmica más complejo que existe actualmente en el mundo. La energía de las partículas detectadas en HEGRA es al menos un billón de veces mayor que la energía de la luz de las estrellas detectada por los telescopios ópticos convencionales.

Los 345 detectores de HEGRA -de diferente tipo- y un sistema de seis telescopios especiales, ocupan una zona cuadrada de unos 40.000 metros cuadrados. El experimento funciona gracias al esfuerzo conjunto de científicos de las universidades alemanas de Hamburgo, Kiel y Wuppertal; de la Universidad Complutense de Madrid, y de tres institutos de investigación: los Max Planck alemanes en Heidelberg y en Munich, y uno armenio, en Erevan.

Los detectores HEGRA permiten conocer la dirección, energía y naturaleza de la partícula cósmica primaria que produce la cascada atmosférica. Los telescopios HEGRA han identificado varios objetos emisores de radiación gamma de alta energía: la nebulosa del Cangrejo (restos de la explosión de una supernova en el año 1054, que fue tan intensa que los astrónomos chinos de la época la observaban durante el día) y dos galaxias activas: Mrk421 y Mrk501.