Rayos ultraenergéticos con mensajes del universo desconocido

“¡Nosotros somos los Cristóbal Colón de la astrofísica!”, dice con ímpetu de conquistador María Dolores Rodríguez Frías, profesora de la Universidad de Alcalá de Henares (UAH). Su campo de investigación son los rayos cósmicos más energéticos que existen, partículas de origen desconocido que nos recuerdan la existencia de una realidad aún por descubrir. Dentro de pocos días, su equipo colocará en la estratosfera un artefacto que servirá para probar un instrumento clave en una aventura de búsqueda que, como la de Colón, puede abrir la ruta hacia un mundo nuevo.

Como los exploradores antiguos, además de la pericia necesaria para navegar los mares, los actuales necesitan también mucha habilidad política para conseguir los apoyos y los recursos imprescindibles para conocer nuevos mundos. Rodríguez Frías es la coordinadora de la participación española en el proyecto EUSO (Observatorio Espacial del Universo Extremo, de sus siglas en inglés), un observatorio de rayos cósmicos que se instalará en la Estación Espacial Internacional (ISS). Esta aportación, una cámara de infrarrojos para medir la temperatura de las nubes y poder utilizar el detector de rayos también cuando esté nublado, iba a ser responsabilidad de Francia, pero al final acabó en España. “Se enfadaron un poco con nosotros”, comenta Rodríguez Frías. En estos juegos de política científica internacional, también cambió el liderazgo del proyecto, que era japonés hasta el terremoto de 2011. Después, se llegó a un acuerdo para que Rusia se pusiese a la cabeza. En principio, será en el módulo de este país en la ISS, el Zvezda el que aloje los detectores.

Aunque haya similitudes, estos colones modernos no asumen los riesgos de los antiguos. Antes de montar el observatorio final hacia 2020, están poniendo a prueba los sistemas que deberían finalmente desentrañar los secretos que acercan a la Tierra los rayos cósmicos ultraenergéticos. En septiembre viajarán a EE UU para lanzar al espacio un prototipo de la cámara de infrarrojos que incorporará el experimento final y que ahora se está poniendo a punto en el Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC), en Madrid. Partirá a bordo de un globo aerostático de la NASA que la llevará dentro de un cubo de menos de medio metro de lado hasta 40 kilómetros de altitud. Allí, según explica el físico Jorge Fernández, uno de los miembros del equipo, “medirá la temperatura de las nubes para poder calcular su altura”. Esta información “servirá para calcular la energía real de los rayos cósmicos, que serán detectados por otra cámara de rayos ultravioleta, independientemente de que se hayan visto atenuados o no por las nubes en la atmósfera”. Más adelante, en 2016, se llevará a la ISS el prototipo Mini-EUSO, del tamaño de una caja de zapatos, para comprobar si todo funciona correctamente.

No se conocen objetos capaces de acelerar algunos rayos cósmicos hasta sus energías de llegada a la Tierra

Cuando esté en marcha, el observatorio EUSO tratará de fotografiar la rara llegada de rayos cósmicos ultraenergéticos. Aunque algunos de menor energía (1⁰⁹ electronvoltios) se pueden ver cada segundo en un metro cuadrado, los del extremo de mayor energía (10²⁰ electronvoltios) solo se detectan una vez cada siglo por kilómetro cuadrado de media. Para conseguir verlos, desde la Tierra, se necesitan grandes extensiones para capturar las cascadas de partículas que se desencadenan cuando uno de estos fenómenos choca contra las partículas de la atmósfera. Es el caso del observatorio Pierre Auger, que cuenta con una red de grandes tanques de agua que actúan como detectores y cubren una extensión de 3000 kilómetros cuadrados en la región argentina de Mendoza. Con una cámara en la ISS, a unos 400 kilómetros de altura, se podrá vigilar una región mayor de la atmósfera y tener la oportunidad de captar más rayos cósmicos ultraenergéticos.

Estos fenómenos servirán para explorar nuevos territorios de la física. Hasta ahora, “no conocemos ningún objeto en el universo que sea capaz de acelerar partículas hasta las energías que observamos en estos rayos cósmicos”, explica Luis del Peral, profesor de la UAH y colaborador del proyecto. “Así que tendremos que buscar otros objetos en el universo lo suficientemente violentos como para que sean capaces de producir esas partículas o buscar modelos de decaimiento de otras partículas que no conocemos y puedan producir estos rayos”, añade. En esos modelos podría empezar a encontrarse la resolución al misterio sobre qué es la materia oscura, una sustancia misteriosa que hace notar su presencia con su influencia gravitatoria sobre los astros, pero que no está hecha con los mismos componentes que la materia de la que están hechos los humanos, los planetas o las estrellas. A través de los rayos cósmicos se podría conocer de forma indirecta la naturaleza de la materia oscura, que compone el 25% del universo frente al 5% de la materia que podemos estudiar hasta ahora. No obstante, como sucede en cualquier misión de exploración, la realidad puede ser más sorprendente que lo imaginado. “Vamos hacia lo desconocido, no sabemos qué vamos a encontrar”, concluye Rodríguez Frías.