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Un enorme acelerador de partículas rodea la Tierra

La magnetósfera de la Tierra funciona como un gigantesco acelerador de partículas rodeando nuestro planeta. Presenta electrones en los cinturones de radiación que pueden acelerarse a velocidades muy elevadas.

Una investigación desarrollada por científicos del GFZ German Research Centre for Geosciences ha concluido que el campo magnético de la Tierra es un potente y eficaz acelerador de partículas en el espacio. Descubrieron que las regiones de radiación de partículas de alta energía poseen electrones que pueden acelerarse a velocidades increíbles, acercándose a las denominadas energías ultrarelativistas.

Se sabe que la magnetósfera atrapa partículas de alta energía, pero concretamente en el período de lanzamiento de los primeros satélites, hace sesenta años, se encontraron las zonas de radiación de partículas de alta energía, denominadas cinturones de Van Allen. Su nombre se debe a que fue el equipo de científicos dirigidos por James Van Allen quienes las hallaron.

Según una nota de prensa, estos cinturones escondían un secreto que ahora ha salido a la luz. En líneas generales, toda la magnetófera trabaja como un gigantesco acelerador de partículas de máxima eficacia, gracias a que los electrones de los cinturones de radiación o cinturones de Van Allen alcanzan grandes velocidades a nivel local. El acelerador impulsa a los electrones a las llamadas energías ultrarelativistas.

Los electrones, que alcanzan temperaturas superiores a los 100 mil millones de grados Fahrenheit, logran tal dinamismo que su energía de movimiento es muy superior a su energía de reposo, en función de la fórmula E = mc2 de Einstein. Al ser tan veloces, estas partículas experimentan una fuerte ralentización del flujo de tiempo. Debido a estas características se indica que alcanzan las energías ultrarelativistas.

El papel de los cinturones de Van Allen y las ondas de plasma

Precisamente con el propósito de hallar respuestas sobre el origen de los cinturones de Van Allen, la NASA realizó en 2012 una misión a cargo de la nave espacial gemela Van Allen Probes. Atravesaron esa compleja zona con el propósito de efectuar todo tipo de mediciones, encontrando una extensa gama de partículas que se mueven en múltiples direcciones y velocidades.

Además, encontraron ondas de plasma. Las mismas pueden compararse a las ondas del campo electromagnético, pero con una complejidad mucho mayor. En ellas se encuentra un conjunto integrado de partículas y campos que se propagan de manera repetitiva y en forma periódica. Pueden incluir electrones, iones positivos, iones múltiples, iones negativos y partículas neutras.

Aunque estas características halladas en los cinturones de Van Allen ya los convertían en un área significativa de estudio, la investigación de GFZ y el descubrimiento de los electrones ultrarelativistas ha sido una verdadera sorpresa para los científicos. Es que para hacer realidad este fenómeno es necesario combinar dos procesos de gran complejidad.

Por un lado, es imprescindible el traslado de partículas desde el interior hacia el exterior de la magnetósfera para generar la aceleración. Al mismo tiempo, se debe registrar una aceleración local de partículas por intermedio de ondas de plasma. Como todos los elementos y las circunstancias están presentes, el fenómeno se concreta con gran eficacia.

Un descubrimiento significativo

Además, el estudio alemán confirma que el acelerador de partículas que rodea la Tierra es tan eficiente porque los electrones alcanzan energías extremas a nivel local, en el mismo corazón de los cinturones de Van Allen. Esto se debe a que toman toda esta energía de las ondas de plasma.

De acuerdo a los expertos, conocer el funcionamiento de la aceleración de partículas a energías ultrarelativistas en el espacio contiguo a la Tierra puede ser de gran importancia para entender los procesos fundamentales de aceleración en el Sol, en otros planetas del Sistema Solar o incluso en astros de galaxias lejanas.

Referencia

Local heating of radiation belt electrons to ultra-relativistic energies. Hayley Allison, Yuri Shprits. Nature Communications (2020).DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-020-18053-z

Ilustración de portada: Yuri Shprits / NASA.

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente es periodista especializado en comunicación científica y tecnológica.

1 comentario

  • me pareció súper interesante , además estuve leyendo el otro tema y yo no sabia que hasta los gusanos tienes emociones y supe un poco mas de este.