Rayos cósmicos

Y siguiendo en la línea de la anterior entrada, ahora veremos un suceso similar en cuanto a la forma de detectarlo.

Los rayos cósmicos son menos exóticos: son simplemente electrones o protones sueltos, que viajan a una velocidad próxima a la de la luz (y por lo tanto son muy energéticos) y que chocan contra la atmósfera.

¿De dónde proceden?

Aquí hay que distinguir varias clases, ya que los rayos cósmicos se suelen distinguir en función de la energía que llevan (poco energéticos o muy energéticos).
Una parte de los rayos de bajas energías son producidos por las erupciones del Sol, aunque la mayor parte se cree que proceden de sistemas binarios (dos estrellas orbitando entre sí, o una estrella que orbita junto a una estrella de neutrones o agujero negro).
Por otro lado, los más energéticos son producidos por supernovas o núcleos activos de galaxias (que son galaxias donde el agujero negro que hay en el centro está atrayendo grandes cantidades de materia).

¿Qué ocurre al llegar a la atmósfera?

Como tienen tanta energía, al incidir sobre la atmósfera impactan contra los átomos que encuentra, provocando una producción de partículas que van cayendo por la atmósfera y a su vez estas partículas van chocando con otras de la atmósfera, provocando a su vez nuevas partículas, obteniendo una cascada de partículas a lo largo de la atmósfera hasta llegar a la superficie.

Y aquí viene una de los resultados más importantes que trajeron los rayos cósmicos. Entre esa cascada de partículas, se producen muones, una partícula inestable que muy rápidamente se desintegra en otras. Tan rápido que en principio no le daría tiempo a llegar a la superficie de la Tierra (se generan en la parte alta de la atmósfera). Sin embargo se observan en los detectores. ¿Por qué?
Pues la respuesta resultó ser otra comprobación más de la Relatividad Especial. Como los rayos cósmicos tienen tanta energía, los muones que se producen van a unas velocidades cercanas a la de la luz, y por tanto, el tiempo para ellos pasa más despacio (predicción de la Relatividad Especial), con lo que nosotros observamos que tardan un tiempo mayor en desintegrarse, que coincide exactamente con la teoría.

¿Cómo se detectan?

Los detectores son similares a los utilizado para los neutrinos, solo que esta vez no se necesita unos tanques tan grandes, ni que estén bajo tierra (de hecho, cuando más altos estén mejor).
Por lo tanto, se suelen poner unos tanques, llenos de agua, del tamaño de piscinas esparcidos por un altiplano. Y lo que se observa en este caso son las colisiones dentro del tanque de las partículas producidas durante la cascada.
rayoscosmicos.png
Así, no se observa los rayos directamente, sino sus efectos.

Por último, en los detectores lo que se observa es la radiación Cherenkov, producida cuando una partícula (la que surge de la colisión) viaja a más velocidad que la luz en dicho medio (que es menor que la velocidad de la luz en el vacío) y que produce un reflejo azulado que es captado por los detectores.

Como se tienen varios detectores, se puede calcular la la intensidad del rayo inicial, aunque no así su dirección ya que como es una partícula cargada, al acercarse al Sol, a la Tierra o a cualquier otro cuerpo con campo magnético, su dirección varía enormemente, así que la dirección con que ha entrado en la atmósfera no es la misma que de la que provenía.

4 comentarios en “Rayos cósmicos

  1. Porque cuando hay dos estrellas orbitando juntas, donde las dos se localizan próximas entre sí, se producen interacciones entre ellas: el viento solar de una choca contra el de la otra, calentando material.

    Es más obvio cuando las dos estrellas tienen diferentes tamaños. Ya que en este caso, la más pequeña va “chupando” el material más exterior de la grande, y éste se va acumulando en su superficie. Lo que hace que se vaya calentando y emita normalmente en rayos X.
    Y si reemplazamos una de las estrellas por una estrella de neutrones o un agujero negro, el fenómeno se vuelve más violento.

    Si en cambio es un sistema doble con las estrellas muy separadas, se comporta como si fueran estrellas sueltas, con lo que solo se obtiene una emisión de rayos cósmicos parecidas a la del Sol.

  2. Entonces, si lo he entendido bien este fenómeno no tiene nada que ver con radiación (en el sentido de radiación electromagnética) sino que es una emisión de materia por parte de cuerpos con altas energías. ¿Como una vaporización no?

    Y otra pregunta, ¿en qué franja del espectro se emite la radiación Cherenkov? ¿Se sabe a qué es debida?

  3. Cierto, los rayos cósmicos no son radiación electromagnética (fotones) sino solo materia en sí que ha sido expulsada del objeto a grandes velocidades.
    Lo de la vaporización ya no es tan correcto.

    Si fuese algo así, se obtendrían partículas en el espacio, pero viajarían a una velocidad baja.

    Así que se emiten en procesos más violentos: erupciones solares, o choque de los gases emitidos por dos estrellas. Y los más rápidos suelen ser acelerados por campos magnéticos muy intensos (recordemos que los rayos cósmicos son partículas cargadas: electrones o protones), como los que hay alrededor de agujeros negros o estrellas de neutrones.

    En cuanto a lo de la radiación Cherenkov, te contesto en una entrada próximamente, porque es un tema que se merece una explicación detallada.

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