Científicos revelan el secreto detrás de la misteriosa partícula Amaterasu

La partícula conocida como Amaterasu podría no ser un protón, según un reciente estudio de científicos de Penn State. Esta investigación, publicada en Physical Review Letters, propone que algunos de los rayos cósmicos más extremos podrían ser núcleos atómicos ultra pesados, más pesados que el hierro, capaces de conservar mejor su energía mientras viajan por el espacio.

Detectada por primera vez en 2021 por el Telescope Array en Utah, la partícula Amaterasu se ha catalogado como uno de los eventos de rayos cósmicos más potentes jamás observados, comparable al famoso Oh-My-God particle registrado en 1991. Sin embargo, su origen sigue siendo un misterio, ya que su dirección de llegada apunta a un vacío cósmico, un área sin fuentes claras de rayos cósmicos de alta energía.

El estudio indica que estos núcleos ultra pesados podrían perder energía más lentamente que los protones u otros núcleos más ligeros al atravesar el espacio intergaláctico. Esto sugiere que podrían llegar a la Tierra con cantidades extremas de energía, lo que podría ayudar a los científicos a identificar los tipos de objetos cósmicos capaces de lanzar tales partículas.

El profesor Kohta Murase, líder del equipo de investigación, comentó: "Los rayos cósmicos de ultra alta energía solo pueden ser acelerados por algunas de las fuentes más poderosas del universo. Cuando detectamos partículas individuales como la partícula Amaterasu aquí en la Tierra, podemos usar sus energías, direcciones de llegada y las desviaciones magnéticas esperadas para inferir sus posibles fuentes cósmicas".

La partícula Amaterasu representa un desafío particular debido a su trayectoria de llegada, que no se asocia claramente con ninguna fuente cósmica capaz de generar rayos cósmicos de tan alta energía. Desde que se reportó el primer ejemplo de rayos cósmicos de ultra alta energía hace más de 60 años, su origen y los mecanismos de aceleración han sido uno de los mayores misterios en el campo de la astrofísica.

Estos raros rayos cósmicos pueden superar los 100 exa-electron volts, lo que los hace aproximadamente siete órdenes de magnitud más energéticos que las partículas aceleradas en el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más grande y poderoso del mundo. La partícula Amaterasu fue reportada con aproximadamente 240 exa-electron volts, otorgándole una energía cinética similar a la de una pelota de tenis en movimiento rápido.

Los investigadores realizaron simulaciones detalladas para investigar qué tipos de partículas podrían llegar a la Tierra a tales energías extraordinarias. Los resultados mostraron que los núcleos ultra pesados podrían ser más capaces de sobrevivir a las distancias cósmicas y alcanzar la Tierra con energías extremas.

"No estamos diciendo que todos los rayos cósmicos de ultra alta energía sean núcleos ultra pesados. Pero si algunos de los eventos de más alta energía son núcleos ultra pesados, eso impactaría cómo buscamos sus fuentes", añadió Murase.

El equipo también estableció nuevos límites sobre cuánto podrían contribuir estos núcleos ultra pesados a la población total de rayos cósmicos de ultra alta energía observados.

Los sitios más prometedores para la producción y aceleración de tales núcleos ultra pesados incluyen muertes de estrellas masivas que colapsan en agujeros negros o estrellas de neutrones fuertemente magnetizadas, así como fusiones de estrellas de neutrones que son conocidas por emitir ondas gravitacionales poderosas.

Murase concluyó que "las explosiones cósmicas violentas pueden también alimentar explosiones de rayos gamma que están entre las explosiones más energéticas del universo. Una contribución de estas fuentes podría ayudar a explicar una posible diferencia observada entre los cielos del norte y del sur en el espectro de rayos cósmicos de ultra alta energía".

Los futuros observatorios, como el propuesto AugerPrime en Argentina y el Global Cosmic Ray Observatory, podrían poner a prueba estas ideas, buscando las firmas predichas. Además, el trabajo teórico adicional sobre explosiones cósmicas que involucran agujeros negros y estrellas de neutrones fuertemente magnetizadas podría ayudar a revelar dónde nacen los rayos cósmicos de ultra alta energía.

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