Un acelerador de partículas gigante en el cielo

El campo magnético de la Tierra está atrapando partículas de alta energía. Cuando se lanzaron los primeros satélites al espacio, los científicos dirigidos por James Van Allen descubrieron inesperadamente regiones de radiación de partículas de alta energía, que más tarde fueron nombradas en honor a su descubridor, los Cinturones de Radiación Van Allen. Visualizados, estos parecen dos regiones con forma de donut que abarcan nuestro planeta.

Ahora, un nuevo estudio dirigido por investigadores del Centro Alemán de Investigación de Geociencias GFZ muestra que los electrones de los cinturones de radiación pueden ser acelerados localmente a muy altas velocidades. El estudio muestra que la magnetosfera funciona como un acelerador de partículas muy eficiente que acelera los electrones a las llamadas energías ultra-relativistas. El estudio realizado por Hayley Allison, una becaria postdoctoral de GFZ Potsdam, y Yuri Shprits de GFZ y profesor de la Universidad de Potsdam, se publicó en Nature Communications.

Para comprender mejor el origen de los Cinturones de Van Allen, en 2012 la NASA lanzó las naves espaciales gemelas Van Allen Probes para atravesar este entorno tan duro y realizar mediciones detalladas en esta peligrosa región. Las mediciones incluyeron un rango completo de partículas que se mueven a diferentes velocidades y en diferentes direcciones y ondas de plasma. Las ondas de plasma son similares a las ondas que vemos en la superficie del agua, pero de hecho son invisibles a simple vista. Se pueden comparar con las ondas del campo eléctrico y magnético.

Observaciones recientes revelaron que la energía de los electrones en los cinturones puede subir hasta las llamadas energías ultra-relativistas. Estos electrones con temperaturas superiores a los 100 mil millones de grados Fahrenheit, se mueven tan rápido que su energía de movimiento es mucho mayor que su energía de reposo dada por la famosa fórmula E=mc² de Einstein. Son tan rápidos que el flujo de tiempo se ralentiza significativamente para estas partículas.

Los científicos se sorprendieron al encontrar estos electrones ultra-relativistas y asumieron que solo se pueden alcanzar energías tan altas mediante una combinación de dos procesos: el transporte interno de partículas desde las regiones exteriores de la magnetosfera, que las acelera; y una aceleración local de las partículas por ondas de plasma.

Sin embargo, el nuevo estudio muestra que los electrones alcanzan tales energías increíbles localmente, en el corazón de los cinturones, tomando toda esta energía de las ondas de plasma. Este proceso resulta ser extremadamente eficiente. El inesperado descubrimiento de cómo opera la aceleración de partículas a energías ultra-relativistas en el espacio cercano a la Tierra, puede ayudar a los científicos a comprender los procesos fundamentales de la aceleración en el Sol, cerca de los planetas exteriores, e incluso en rincones distantes del universo donde las sondas espaciales no pueden llegar. (Fuente: NCYT Amazings)