Quan una estrella esclata, neixen raigs còsmics

Constantment, a la Terra hi arriben partícules amb molta energia, a gran velocitat. Són els raigs còsmics. Fins ara se'n desconeixia l'origen. Una de les hipòtesis amb què s'especulava ha resultat ser la certa: el bressol dels raigs còsmics és a les supernoves. Per esbrinar-ho els científics han hagut d'analitzar les dades recollides durant quatre anys pel telescopi Fermi de la NASA. En l'estudi, que publica Science , hi han participat investigadors de l'Institut d'Estudis de l'Espai de Barcelona (IEEC-CSIC). Segons els investigadors, les conclusions són contundents: demostren "sense cap tipus de dubtes" que els raigs còsmics s'originen a l'interior d'aquesta explosió estel·lar.

Conèixer millor els raigs còsmics obre la porta a la resolució d'altres incògnites. Com a peces arqueològiques, poden explicar com es va formar l'Univers. Però l'interès pels raigs còsmics també està relacionat amb les missions que s'envien a l'espai. Se sap que els astronautes, que hi estan exposats quan són lluny de l'atmosfera terrestre -que faria d'escut-, en pateixen les conseqüències. Els astronautes de les missions Apol·lo, per exemple, en tornar a la Terra van explicar que havien vist centellejos de llum sense cap motiu aparent. S'han atribuït a la funció anormal del cervell causada per la radiació espacial. Els tripulants de l'Es- tació Espacial Internacional també hi estarien exposats.

Els raigs còsmics són partícules subatòmiques que es mouen per l'espai gairebé a la velocitat de la llum. A principis del segle passat, el físic austríac Victor Hess va trobar que hi havia partícules que venien de l'espai que bombardejaven constantment l'atmosfera de la Terra i que, com a conseqüència, es produïa una pluja de partícules secundàries que arribaven fins a la superfície del nostre planeta. Se les va batejar com a raigs còsmics. Un nom que alguns experts consideren com un dels més grans despropòsits en la creació de nous termes científics, ja que no es tracta de raigs de llum -com el nom porta a deduir- sinó de partícules subatòmiques accelerades.

Camí cap a la Terra

Al voltant del 90% dels raigs còsmics que arriben a l'atmosfera terrestre són protons. "L'energia d'aquests protons és molt superior a la que produeixen els acceleradors de partícules més potents que hi ha a la Terra", explica Stefan Funk, astrofísic del Kavli Institute i de la Universitat de Stanford, als Estats Units, que ha liderat la recerca.

En el seu llarg camí a través de la galàxia, els protons topen amb els camps magnètics, que modifiquen la seva natura, de manera que -encara que ja s'havia dit que podien sorgir a l'interior de les supernoves- fins ara havia estat impossible reconstruir el seu camí enrere fins a arribar a constatar-ne l'origen.

Però ara els investigadors n'han pogut seguir la pista gràcies a les observacions obtingudes amb el telescopi Fermi d'un altre tipus de raigs, els raigs gamma. Seguint-ne les petjades han pogut arribar al bressol de la radiació còsmica.

Les proves concloents

Per entendre el procés cal traslladar-se al mateix moment en què es produeix l'explosió d'una supernova, ja que les ones de xoc que genera és el que fa que els protons s'accelerin fins a assolir l'estat de raigs còsmics ultraenergètics. Aquest procés es coneix com a acceleració de Fermi . "S'han analitzat romanents de dues supernoves que estaven a milers d'any llum", explica Daniela Hadasch, investigadora del IEEC-CSIC, que ha participat en el projecte. Totes dues són a la nostra galàxia, una de les quals situada a la constel·lació Gèmini, a 5.000 anys llum, i l'altra a la constel·lació d'Àguila, a 10.000 anys llum.

Es tracta d'estrelles almenys vuit cops més massives que el Sol i que arriben al final de la seva vida de manera espectacular, expandint-se en una onada de xoc brutal. L'explosió estel·lar, és a dir, la supernova, es genera quan l'estrella ja no disposa de prou combustible per continuar al seu nucli amb el procés de fusió que li permet mantenir la pressió necessària per combatre l'atracció gravitatòria cap al seu propi interior.

L'estrella es comença a col·lapsar en un segon. La temperatura augmenta més de 100.000 milions de graus i es generen forces molt complexes. Com a conseqüència, es creen noves partícules que surten disparades cap a l'espai.

Els protons, que interessen als estudiosos dels raigs còsmics, queden atrapats en la zona d'acceleració per camps magnètics. Quan aquests protons ultraràpids xoquen amb altres de més lents (que són als núvols de gas o de pols que hi ha al voltant) es generen unes partícules subatòmiques anomenades pions neutres que, molt ràpidament, es transformen en fotons de raigs gamma, la forma de llum més energètica. El que han fet els investigadors és seguir les petjades d'aquests tipus de raigs gamma, que, com si fossin un esquer, els han dut fins al bressol dels raigs còsmics. "La troballa és important perquè hi ha molts processos a l'Univers que produeixen emissions de raigs gamma, i quan aquesta radiació es capta amb un telescopi és complicat distingir si ha estat ocasionada per protons o electrons d'alta energia", explica Hadasch. És a dir, que fins ara havia estat impossible distingir els raigs gamma lligats a la producció de raigs còsmics dels que no.

L'estudi no descarta l'existència d'altres bressols de raigs còsmics, com ara forats negres, una altra hipòtesi en què fa temps que es treballa.

L'estudi que ara publica Science fa referència als raigs còsmics ultraenergètics. La Terra se'n protegeix amb els camps electromagnètics i els dos mantells de l'atmosfera. També n'hi ha de més baixa energia, però que poden tenir efectes sobre la salut humana perquè emeten radiacions.