La Naturaleza tiene muchos misterios que aún no hemos descifrado. Uno de ellos es el origen de las partículas de alta energía que podemos observar. Estas partículas, llamadas rayos cósmicos de ultra alta energía, vienen del espacio y chocan contra la Tierra con tanta energía que los físicos no hallan una explicación a esto. De hecho, un rayo cósmico tiene una energía de unos 10^20 electrón-volts. Para entender esto, piénsese un solo protón con la misma energía de una bola de beisbol moviéndose a unos 100 kms por hora.
Los rayos cósmicos sin embargo, son extremadamente raros y los físicos los detectan a razón de menos de una partícula por kilómetro cuadrado por siglo. Y por esto estudiarlos parece ser algo nada fácil. Una primera aproximación al estudio de estos rayos sería construir detectores más grandes. De hecho, el mayor detector en la Tierra es el Observatorio Pierre Auger, en Argentina, que cubre unos 3000 kms cuadrados y es del tamaño de Luxemburgo.
Sin embargo, hallar una área significativamente grande en la Tierra para construir un detector mayor que el argentino no es fácil. Por ello, ahora los astrofísicos piensa que la Luna puede ser una buena idea para este proyecto. El plan ya ha sido bosquejado por Justin Bray de la Universidad de Southampton, junto con un par de colegas. El costo de un proyecto de esta envergadura es de 1.5 mil millones de euros. Se pretende empezar la construcción del equipo necesario en el 2018 y tener todo funcionando para el 2025.
El problema a resolver parece fácil, pero no se tiene idea por qué estas partículas tiene tanta energía. Los físicos piensan que hay dos posibles mecanismos: el primero es que las partículas están aceleradas en un campo eléctrico o magnético, pero nadie está seguro si existen estos campos extremos o cómo pueden atrapar una partícula el tiempo suficiente para otorgarle esa energía. La segunda posibilidad es que estas partículas se crean al decaer las partículas exóticas súper masivas, las cuales son aún una hipótesis, pues nadie ha visto ni detectado una. Tal vez es parte de la intrigante materia oscura o quizás se producen por los defectos topológicos del Universo. La realidad es que se pueden crear todo género de escenarios e hipótesis.
Una idea interesante en todo este planteamiento es descubrir la fuente de estas partículas, y hallar de qué parte del espacio vienen. Esto es más fácil de decir que de probar porque los rayos cósmicos están cargados y por ende, son doblados literalmente por los campos magnéticos mientras están viajando (un efecto parecido al que probó Einstein con la luz que se curva al pasar por un objeto masivo). Así, si no sabemos cómo se han curvado, ¿cómo podríamos saber de dónde vienen, cuál es su fuente?
Hay otro efecto que puede prevenir que los rayos cósmicos de alta energía nos lleguen. Las partículas altamente energéticas deberían interactuar con la radiación de fondo, que se plantea como una radiación cósmica de microondas y que viajan a través del espacio. Esto podría causar que perdiesen energía. Se sugiere entonces que las partículas altamente energizadas fueron probablemente creadas en nuestra galaxia ya que no podrían viajar distancias intergalácticas y mantenerse tan energéticas.
Y después de decir todo esto, ¿en dónde encaja la Luna? Pues bien, en la Tierra los físicos detectan estas partículas de alta energía cuando chocan con la atmósfera superior, disparando una cascada de otras partículas que caen como lluvia a la superficie. Esta es la manera en como el observatorio argentino trabaja, es decir, detectando las partículas hijas, las que fueron creadas en la cascada. Estas cascadas generan además otra señal. La aceleración y desaceleración rápida de partículas cargadas producen ondas de radio, por lo que otra manera de identificar a los rayos cósmicos es por un breve lapso de ondas de radio, conocido por los físicos como el efecto Askaryan después de que el físico soviético-americano, lo propusiera a principios de los años 1960.
Esta es pues la señal que los astrónomos buscarían medir desde la Luna. La idea es que los rayos cósmicos de alta energía, deberían chocar en la superficie lunar, generando una cascada de otras partículas y un lapso breve de ondas de radio, menores a un nanosegundo. Este efecto se complica por el hecho de que los pulsos de radio se proyectan hacia adelante en un cono y no pueden viajar mucho más allá de la superficie lunar antes de ser absorbidos.
Los astrónomos tienen entonces un problema importante. Desde la Tierra no hay manera de construir un radio telescopio que pueda ver estos pulsos de radio por la debilidad inherente al llegar a la Luna. No obstante esto, los científicos están por empezar un radio telescopio mucho más sensible y mucho más grande llamado “The Square Kilometer Array”, el cual será construido en Sudáfrica y Australia, a un costo de 1.5 mil millones de euros. este proyecto podría dar acceso a muchísima más información de lo que se ha tenido desde que el mundo es mundo.
El detector lunar tiene sus limitaciones, pero son manejables. Bray estima que la construcción del proyecto seria equivalente a 33 mil kms cuadrados, es decir, un terreno en donde bien cabria Bélgica completa. Esto es 10 veces más grande que el Observatorio Pierre Auger y el Array podría detectar 165 rayos cósmicos de ultra alta energía/año desde la Luna, comparados con los 15 que se miden al año actualmente.
Esto, para los astrofísicos, abre un emocionante panorama para entender el origen de estas extrañas partículas energéticas. Quizás con un poco de suerte, sean capaces de entender qué mecanismos involucran la creación de estas misteriosas partículas.
Referencias: