Rayos cósmicos de agujeros negros

Hay galaxias que, al parecer, tienen en su centro agujeros negros con una masa equivalente a varios miles de millones la del Sol. Esos agujeros se tragan enormes cantidades de materia de su entorno, pero en el proceso también emiten radiación electromagnética y partículas de alta energía (protones y núcleos atómicos que viajan a casi la velocidad de la luz). Algunas de ellas son las partículas de más alta energía que se conocen en el universo; son millones de veces más energéticas que las que se generan en el más potente acelerador construido. Esas partículas, o rayos cósmicos, llegan a la Tierra, chocan con la atmósfera y generan chaparrones de partículas de menor energía que descubrió, en 1938, el francés Pierre Auger.

El Observatorio Pierre Auger tiene 1.600 detectores de rayos cósmicos

Este proceso era hasta ahora una cuestión más teórica que algo comprobado experimentalmente, porque no se habían podido identificar las fuentes de las partículas de alta energía, que se detectaban uniformemente distribuidas en el firmamento. Por fin los científicos han logrado asociar el origen a los grandes agujeros negros galáctticos, con un observatorio internacional instalado en Argentina, el mayor del mundo, y llamado, como es lógico, Pierre Auger. Los rayos más energéticos que ha registrado el observatorio proceden de regiones del cielo donde hay unas 318 galaxias activas que están relativamente cerca: a unos 330 millones de años luz de distancia de la Tierra, como mucho. El hallazgo se ha anunciado en la revista Science.

Los físicos reconocen que persisten aún incógnitas sobre el mecanismo que genera las partículas ultraenergéticas en esos agujeros negros. Pero el entusiasmo entre los astrónomos es patente con estos resultados del Pierre Auger, y afirman que "ha comenzado la astronomía de rayos cósmicos".

"Nuestro observatorio ha registrado casi un millón de chaparrones de rayos cósmicos, pero sólo unos pocos, los que tienen las energías más altas, pueden ser asociados a sus fuentes con suficiente precisión", dice Enrique Zas, de la Universidad de Santiago de Compostela y miembro del Pierre Auger. "Hemos registrado 81 partículas con energías superiores a 40 trillones de electronvoltios; ningún observatorio había conseguido detectar tantas tan energéticas".

Zas fue uno de los pioneros del Auger, en los años noventa, cuando incluso exploró la posibilidad, junto con el premio Nobel James Cronin, de instalar en España el observatorio del hemisferio Norte. Pero salió adelante la opción de EE UU, y la de Argentina para el hemisferio Sur. Este último se empezó a construir en Mendoza, en 1999, y el de EE UU está en preparación.

La instalación de Argentina está formada por 1.600 detectores de rayos cósmicos -1.400 ya funcionando- y 24 telescopios ópticos que ven la luminosidad de los chaparrones de partículas generados en la atmósfera. El conjunto cubre un área de 3.000 kilómetros cuadrados. La combinación de ambos tipos de sensores permite registrar los rayos cósmicos, medirlos y reconstruir la dirección de su fuente. El Auger, con un coste de 38 millones de euros, es una colaboración de 370 científicos e ingenieros de 17 países.

"Los rayos cósmicos de altísima energía llegan a la Tierra a un ritmo extremadamente lento, en torno a uno por kilómetro cuadrado por siglo", explica Zas. "Por eso hay que tener detectores gigantescos para su observación". La capacidad del Pierre Auger y sus resultados llevan a Zas a comentar: "Estamos ante las primeras claves sobre una de las principales cuestiones abiertas en astrofísica de partículas, un campo apasionante en la frontera entre la física de partículas, la astrofísica y la cosmología, que se ha beneficiado de las innovaciones tecnológicas desarrolladas en física de altas energías".

El Auger no se dedica sólo a los rayos cósmicos ultraenergéticos, sino también a otras lluvias de partículas mucho más tenues. "Los rayos cósmicos de baja energía son abundantes y llegan de todas las direcciones, la mayoría de nuestra propia galaxia [también con un agujero negro en el centro]. Pero hasta ahora la única fuente de partículas de rayos cósmicos conocida con seguridad era el Sol", comenta Paul Mantsch, director del proyecto del Observatorio Pierre Auger. "Cuando te fijas en los rayos cósmicos de más alta energía, originados en los fenómenos más violentos, éstos apuntan hacia sus fuentes", continúa. "El reto ahora es registrar suficientes de esos proyectiles cósmicos para comprender los procesos que los lanzan al espacio".