Las supernovas aceleran los protones de la radiación cósmica

Artículo publicado el 14 de febrero de 2013 en CSIC

Un artículo en ‘Science‘ confirma el origen de estas partículas que bombardean la Tierra.

La Tierra recibe constantemente el bombardeo de partículas que golpean las capas más exteriores de la atmósfera. Esta cascada de partículas o radiación cósmica está formada mayormente por protones procedentes de la Vía Láctea que llegan a una alta velocidad y con gran energía. Un estudio internacional con participación de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) aporta por primera vez evidencias de que estos protones son acelerados durante las explosiones de estrellas masivas agotadas: las supernovas. Los resultados aparecen publicados en la revista Science.

Supernova

Supernova Crédito: CSIC


Trabajos anteriores habían sugerido ya que el origen de estos rayos cósmicos se encontraba en los restos de la explosión de una estrella, los denominados “remanentes de supernova”, pero la prueba definitiva era difícil de obtener debido a que estas partículas son desviadas en su camino hacia la Tierra.

Los investigadores han dado ahora con la pista definitiva tras cuatro años, de 2008 a 2012, de observaciones con el Large Area Telescope del telescopio espacial Fermi, de la NASA. En concreto, han estudiado los remanentes de supernova IC 433 y W44. Ambos están ubicados en la Vía Láctea, el primero en la constelación de Géminis, a unos 5000 años luz de la Tierra, y el segundo en la constelación del Águila, a 10 000 años luz de distancia.

Huellas en el espectro

“Cuando los protones acelerados se topan con el material interestelar, producen otro tipo de partículas denominadas piones, que además son neutrales, y que a su vez se degradan y pasan a convertirse en rayos gamma. El análisis de los datos del espectro de radiación gamma nos ha permitido detectar la huella característica de la degradación de estos piones, la cual conecta inequívocamente la emisión de rayos gamma con los protones acelerados en los remanentes de supernova”, explica la investigadora del CSIC en el Instituto de Ciencias del Espacio Daniela Hadasch.

Si el hallazgo tiene importancia es porque hay múltiples procesos en el universo que producen la emisión de rayos gamma. Cuando esta radiación es captada por un telescopio, es complicado distinguir si ha sido causada por protones o electrones de alta energía.

Los investigadores esperan ahora determinar cómo se produce exactamente esa aceleración de la radiación cósmica en los restos de las supernovas y cuál es la energía que pueden alcanzar estas partículas.


Artículo de Referencia: M. Ackermann et al. Detection of the Characteristic Pion-Decay Signature in Supernova Remnants. Science. DOI: 10.1126/science.1231160.

Fecha Original: 14 de febrero de 2013
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Comments (6)

  1. Dr. Vader

    Impresionante (en serio, esto es importantísimo) xD

  2. Lo cierto es que, se habla de cosas que ya se conocían y, lo que se cuenta da lugar a más preguntas que respuestas. Pocas cosas nuevas se han encontrado en estas obervaciones que, sin embargo, sí han dado lugar a indicar el camino por el que se debe seguir insistiendo…¡para saber!

  3. MR

    Buen trabajo, felicito a sus autores, de aquí saldrá algo interesante.

  4. Muy buen artículo. ¿Todo esto está relacionado con la Fuerza de Lorentz? Lo digo por la desviación de las partículas móviles con carga al entrar en el campo magnético de las Supernovas. ¿O se debería a otro fenómeno? Muchas gracias por tu trabajo diario.

  5. MR

    No estoy suscrito a Science, no pude leer el artículo entero. Tal como lo veo, la fuerza de Lorentz es aplicable al choque de los protones con el material interestelar si una parte del mismo está cargado. La fuerza de Lorentz es la fuerza ejercida por el campo electromagnético que recibe una partícula cargada o una corriente eléctrica. Como los piones son neutros entiendo que la radiación gamma que produce su degeneración se debe a la desexcitación de los nucleones. La fuerza de Lorentz es imprescindible al comienzo del proceso pero pierde relevancia en la fase de la radiación gamma, que es nuclear.

  6. mariano gomez

    Reflexiones críticas sobre física teórica
    Autor: Mariano Gómez de Olea-Correo electrónico: magolea@telefonica.net

    Las tres leyes del movimiento de Newton se limitan a describir los procesos tal y como se perciben, pero no explican las causas que los originan. Por ejemplo, Newton no explicó la causa por la cual, en ausencia de fuerzas exteriores, los cuerpos se desplazan con velocidad uniforme. Richard Feynman reconoció que; «debido a que las propiedades específicas independientes que tiene la fuerza no fueron descritas por Newton o por persona alguna, la segunda ley de Newton es una ley incompleta».
    La energía está sin definir, pues se dice que la energía es la capacidad de realizar trabajo, pero la definición de trabajo de una sola fuerza es el incremento de energía cinética, así que la energía debería ser la capacidad de generar energía, lo cual no es correcto porque entra lo definido en la definición.
    Los investigadores utilizan las magnitudes básicas: energía, fuerza, masa, carga eléctrica, campo magnético, etc., cuya definición desconocen. Algunos autores niegan la posibilidad de su definición, pues suponen que toda definición de una magnitud básica tiene que depender de la definición de otra también básica, por lo cual, siempre habrá una magnitud básica indefinible, y utilizan el argumento de Perogrullo: “Las magnitudes básicas no pueden ser definidas, ya que son indefinibles”. En este documento se deduce que, una vez que las propiedades específicas independientes de la energía se han definido, sin necesidad de utilizar otra magnitud básica en la definición, las magnitudes restantes son secundarias, dependientes de la energía.
    En la tercera ley, cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro cuerpo en reposo, Newton no explicó la causa de la aparición espontánea de la fuerza opuesta de reacción, pues estableció que la fuerza de reacción era ejercida por el propio cuerpo en reposo y la atribuyó a una propiedad misteriosa inherente a los cuerpos que denominó inercia, cuya medida cuantitativa era la “masa”, de forma que la causa de la fuerza de oposición era invisible. La fuerza de reacción se manifiesta, cuando un cuerpo móvil toca a otro en reposo, absolutamente rígido. Se puede aceptar que el cuerpo móvil que choca tiene energía cinética que ejerce una fuerza sobre el cuerpo en reposo, repeliéndole. Sin embargo, la fuerza de reacción opuesta no puede ser ejercida por el propio cuerpo rígido en reposo, ya que los cuerpos rígidos son inertes e incapaces de ejercer por si mismos fuerzas opuestas. Los cuerpos rígidos no tienen la facultad de ejercer una fuerza externa que se oponga a la acción exterior, pues cuando se ejerce una fuerza se aporta energía, pero el cuerpo rígido en reposo no puede aportar energía.
    En realidad, no existen cuerpos absolutamente rígidos, pues todos los cuerpos son elásticos o deformables en mayor o menor grado. La deformación de un cuerpo elástico o deformable, en reposo o en movimiento, tiene que ser producida por dos fuerzas exteriores opuestas, ejercidas a los lados del cuerpo. Existen procesos con cuerpos deformables, o elásticos, en los que se aprecia claramente que la fuerza de oposición no es ejercida por el propio cuerpo, sino que es ejercida desde el exterior, sobre el propio cuerpo, por un agente invisible. Por ejemplo, se sabe que el rostro de los astronautas, acelerados por el cohete espacial en el despegue, se desplaza hacia atrás por efecto de la fuerza exterior de un agente invisible sobre el rostro del astronauta, que se opone a la fuerza que ejerce el cohete sobre el astronauta. El cuerpo de un viajero se comprime contra el respaldo del asiento de un automóvil, que está acelerando, por efecto de dos fuerzas opuestas: la fuerza del motor y la fuerza de dicho agente de oposición invisible. Un cuerpo elástico se alarga al hacerlo girar (el giro implica cambio de dirección de la velocidad o aceleración centrípeta) debido al efecto de dos fuerzas iguales y opuestas: la fuerza centrípeta y a la fuerza de oposición invisible. Esta fuerza invisible se denomina fuerza centrífuga que algunos autores alegan, erróneamente, que es una fuerza ficticia. Una fuerza como la centrífuga, que contribuye a la deformación del cuerpo elástico, no puede ser ficticia.
    En el choque de un cuerpo móvil contra otro cuerpo elástico en reposo, el cuerpo en reposo se deforma, pero el agente que ejerce la fuerza exterior opuesta es invisible. Sabemos que al comprimir o alargar un cuerpo elástico mediante dos fuerzas externas iguales y opuestas, el cuerpo se deforma, y las moléculas internas ejercen, en los dos sentidos, fuerzas elásticas que se oponen a las dos fuerzas externas opuestas. Al ejercer una única fuerza externa, el cuerpo elástico se acelera y se deforma, de tal modo que una de las dos fuerzas elásticas se opone a la fuerza externa, pero la otra fuerza elástica se opone a una fuerza exterior, que es invisible y opuesta a la fuerza exterior; es decir, en el espacio exterior, en el lado opuesto del cuerpo en donde se aplica la fuerza externa, tiene que existir un agente invisible que ejerza una fuerza de oposición o de reacción, pero, entonces las partículas se aceleran a pesar de estar sometidas a dos fuerzas iguales y opuestas, contradicción que las leyes de Newton no resuelven, por lo cual, esas leyes no solo son meramente empíricas sino también incompletas.
    Las teorías de campos en el espacio vacío, son los conceptos más socorridos cuando no se conocen las causas de los efectos observados en las interacciones, por eso son conceptos abstractos e imaginarios de campos que llenan el espacio vacío, diseñados específicamente y únicamente por conveniencia del investigador, a los que se atribuyen gratuitamente propiedades y facultades prodigiosas capaces de realizar, las acciones que se presentan en las interacciones, en los que no se observa una causa visible. Por ejemplo, los primitivos campos escalares y vectoriales de la gravitación y de la electrostática, en los que se dota al espacio vacío de la facultad de suministrar energía a las partículas y de generar las fuerzas de interacción, por el mero hecho de estar presentes en el campo.
    El concepto de campo sin energía ni sustancia material es imposible, pues nada se puede extraer de un espacio vacío, ni fuerzas ni energía. Se dice que el campo permea el espacio vacío, pero entonces el espacio dejaría de estar vacío y se llenaría de una sustancia material, por lo que volveríamos a la existencia de un medio material como el antiguo “éter”, en contra del criterio de Einstein, por lo cual, se tendrá que encontrar una alternativa a la teoría de la relatividad. Por eso, se recurre a este concepto irracional, y no científico, de que el espacio está vacío, a pesar de que suministra energía, ejerce fuerzas de interacción y de oposición sobre las partículas.
    Para tratar de solucionar el problema de la masa, Peter Higgs en 1964 atribuyó la masa al efecto de un agente exterior, llamado campo de Higgs. En la teoría del Modelo Estándar de la Física de Partículas (ME), existe una conjetura de que existe un campo que lo llena todo absolutamente, incluso el vacío, es decir, permea el vacío como si fuera un líquido viscoso, de tal manera que las partículas, al acelerarse y desplazarse en ese “vacío”, friccionarían con ese líquido que sería el campo de Higgs, y esa fricción dificultaría su movimiento y haría el efecto como si fuera una masa. Las partículas aceleradas producirán una perturbación en ese campo, y se generarán ondas que serían precisamente el bosón de Higgs. Sin embargo, el campo de Higgs no resuelve la contradicción del hecho de que las partículas se aceleran a pesar de estar sometidas a dos fuerzas iguales y opuestas, que son la fuerza que genera la perturbación y la fuerza igual y opuesta de la masa; ésta última llamada fuerza opuesta del campo de Higgs. Sin embargo, el mismo Higgs, en su conferencia el 6/11/2012 en el museo Cosmocaixa de Barcelona, puntualizó que “algunas metáforas que simbolizan el campo de Higgs como un fluido por el que a una partícula le cuesta pasar no son correctas porque implican una pérdida de energía”.
    En la electrodinámica cuántica se especula con que el intercambio y la absorción de la energía de un fotón virtual o imaginario, emitido por cada partícula cargada, ejerce las fuerzas de interacción electrostáticas, atracción o repulsión, sin explicar con claridad cómo puede una partícula cargada emitir un fotón, incluso en reposo, y quedarse vacía de energía, ni cómo se realiza una absorción de energía, ni cómo es posible que una absorción de energía pueda producir fuerzas. Dado que la energía del fotón emitido no es una carga eléctrica, es decir, no tiene signo, no podrá distinguir si es un electrón o un protón.
    La teoría del ME modifica algunas propiedades de los campos clásicos, estableciendo que, espontáneamente, las partículas generan partículas mediadoras, denominadas fotones o bosones, a las que se concede gratuitamente y por conveniencia la prodigiosa facultad de ser portadoras de fuerza. El ME adjudica gratuitamente a las partículas mediadoras una propiedad teórica y misteriosa llamada “carga de color” que produce la fuerza de interacción.
    El ME justifica la fuerza electrostática mediante el intercambio de fotones, pero no explica cómo los electrones y los protones pueden emitir fotones, “sacándolos” de ellos mismos. Alrededor de un electrón puede haber una sola carga eléctrica, ¿cómo sabe el electrón la dirección en la que tiene que emitir el fotón? Alrededor de un electrón puede haber casi infinitas cargas, electrones o protones, con los que tiene que interaccionar, por lo que un electrón, por ejemplo, debería emitir siempre casi infinitos fotones a la vez, pues no sabe ni cuántos son ni donde están las otras cargas.
    Estos procesos son caprichosos e imposibles y que solo dependen de la conveniencia e imaginación del investigador.
    El ME justifica la fuerza de gravedad mediante el intercambio de partículas, gravitones, todavía no descubiertas. Al contrario que la electrostática, la gravedad no es obstaculizada por apantallamientos, por lo que un solo gravitón tendría que ejercer una fuerza atractiva sobre toda partícula que encuentre a su paso, es decir, se debería multiplicar (clonar) en casi infinitos gravitones.
    El ME también recurre a prodigiosos campos en el espacio vacío (Dirac, Yukawa, Yang – Mills) para justificar las fuerzas de atracción en las interacciones nucleares, tales como las fuerzas fuertes que mantienen a los protones en el núcleo. El ME alega que entre las múltiples y diferentes partículas, generadas en las colisiones en el LHC, algunas de ellas, por ejemplo, los quarks o trozos que resultan de la colisión entre protones, y que supuestamente interaccionan para formar protones, tienen las características apropiadas y predichas para producir dicha interacción. Pero eso no es razón suficiente, pues las partículas, obtenidas en las colisiones, tienen una vida muy corta (entre 10‾¹º y 10‾²º segundos), y se desintegrarían. Esto obligaría a emitir continuamente nuevos quarks, que es una facultad imposible, pues no explica la fuente de energía necesaria.
    Otra teoría supone que las partículas están rodeadas de una nube espontánea e inagotable de ese tipo de partículas mediadoras, que interaccionarían con las partículas del núcleo, pero no tiene en cuenta su desintegración.
    Todos ellos parecen procesos inventados a propósito, virtuales, imaginarios y abstractos, sin bases científicas razonables.
    En opinión del Prof. de Física, Kevin McFarland, Universidad de Rochester. “Los modelos que descansan sobre una partícula enlace entre otras dos se vuelven menos plausibles. Estas teorías son realmente un último esfuerzo por hacer trabajar el fundamentalmente erróneo Modelo Estándar de la Física. Si estas teorías son continuamente desmentidas, vamos a tener que ir a un modelo totalmente nuevo de funcionamiento del universo”.
    Albert Einstein estableció el principio de equivalencia general: “todo lo que sucede en el entorno infinitesimal de un punto respecto de un sistema de referencia acelerado deberá suceder de la misma manera en un sistema gravitatorio…El sistema de referencia acelerado debe también considerarse como un sistema de referencia en reposo respecto del cual existe un campo gravitatorio (campo de fuerza centrífuga y fuerza de Coriolis)”. Si así fuera, cualquier sistema de referencia acelerado podría considerarse en reposo, y los fenómenos observados, tales como la aceleración relativa, la fuerza de inercia, y la curvatura aparente de la luz al atravesar dicho sistema, podrían atribuirse a los efectos de un campo gravitatorio equivalente. La trayectoria de un rayo de luz se tiene que curvar en presencia de un campo gravitatorio, por lo cual, Einstein dedujo que la materia curva el espacio, de forma que la luz sigue la trayectoria curvada del espacio. Sin embargo, según Michael Friedman, a pesar de Einstein, las fuerzas de Coriolis, generadas en los movimientos curvilíneos, a diferencia de las fuerzas gravitatorias, dependen de la velocidad de la partícula sobre que se actúa.
    Al intentar aplicar el principio de equivalencia a la rotación uniforme, en donde la aceleración relativa o aparente es la aceleración centrífuga, cuya dirección no depende del sentido de giro, sucede que el sentido de la curvatura de la trayectoria aparente de un rayo de luz, que atraviesa tangencialmente los sistemas en rotación, depende de la dirección del rayo de luz respecto del sentido de giro, consecuentemente la gravitación equivalente deberá ser atractiva en un sentido de giro y repulsiva en el opuesto, es decir, la aceleración centrífuga no puede tener equivalencia relativista con un campo gravitatorio, pues la supuesta curvatura relativista del espacio, generada por la materia, tiene solamente un sentido.
    Aun así, los físicos relativistas mantienen un principio de equivalencia restringido, pues sucede que respecto de un sistema en caída libre, acelerado por la gravedad, los cuerpos aparentemente no sufren los efectos de la fuerza de gravedad, pues parecen flotar, no sufren la fuerza de oposición debida a la inercia, por lo que no se comprimen, es decir, tienen un comportamiento idéntico al de los cuerpos respecto de sistemas de referencia sin gravedad cuyo movimiento es inercial (en reposo o con velocidad uniforme). Einstein expresó que cada punto de la trayectoria en caída libre se trata de «una región infinitamente pequeña del continuo espacio-tiempo, pues la región infinitamente pequeña será un sistema inercial respecto del cual debemos considerar como válidas las leyes de la teoría especial de la relatividad». Einstein no tuvo en cuenta que en cada punto de la caída libre, debido a la aceleración de la gravedad, la trayectoria aparente de un rayo de luz transversal es curva, mientras que, respecto de sistemas inerciales sin gravedad, los rayos de luz no se curvan. Los relativistas pretenden evitar este problema alegando que, aproximadamente en un entorno infinitesimal durante la caída libre, dicha curvatura es inapreciable y se puede despreciar. Sin embargo, este argumento no es correcto porque la equivalencia propuesta por Einstein no es una cuestión que dependa del grado de apreciación del observador, sino que ha de ser una equivalencia real, física y matemática, entre ambos sistemas de referencia. Estas deficiencias determinan que la equivalencia relativista únicamente se podría cumplir con los movimientos acelerados rectilíneos, pero para que la equivalencia sea un principio ha de ser general y cumplirse en todos los casos. Parece que el Principio General de Equivalencia no es válido.
    No solamente las teorías tienen graves problemas sin resolver, sino también los resultados de algunas pruebas experimentales. Por ejemplo, el hecho de que ciertas constantes fundamentales, tales como la constante de estructura fina y la velocidad de la luz, modifican su valor en el espacio cósmico estructuradamente y por ello no son constantes a nivel universal (John K. Webb).
    No se sabe la causa de que, en el nivel exterior de las galaxias, la velocidad en la rotación es constante, pues no depende de la distancia al centro galáctico (Vera Rubin), fenómeno que se atribuye a una misteriosa materia oscura que ocupa el espacio vacío exclusivamente en las zonas que le interesa al investigador. No se sabe por qué el ritmo de expansión del universo produce que las galaxias se separen unas de otras con aceleración relativa, fenómeno que se atribuye a una misteriosa energía oscura que llena el espacio “vacío” en el exterior de las galaxias.
    Para resolver cada nuevo problema, los autores utilizan un campo diferente, en el que el espacio está “vacío” a pesar de que está “lleno”. Se produce el absurdo de que en el espacio “vacío” hay tantos campos diferentes como problemas hay que resolver.
    Cada vez que surge un fenómeno inexplicable, los autores se basan en él para enunciar un nuevo postulado, que, claro es, resulta incomprensible, pero tiene la ventaja de que una vez admitido, permite explicar los hechos conocidos.
    Es necesaria una nueva teoría microfísica que explique los procesos macrofísicos, las pruebas experimentales y los problemas actuales conocidos, y así lograr un progreso sincero de la ciencia y la tecnología.
    Ante tanta incertidumbre, ha llegado la hora de tomar decisiones drásticas, tal y como propone Lee Smolin en su libro “The Trouble with Physics” en el que insiste en “la necesidad de enfrentarse a las ideas básicas con un nuevo punto de vista que aclare los conceptos más profundos”.

    Abstracto de la Teoría Cuántica de la Energía Oscura

    Esta teoría microfísica se basa en el Principio de la Energía Oscura: la energía es la única sustancia básica del universo. El espacio y las partículas forman la materia oscura, pues no están vacíos sino llenos de energía oscura. Las magnitudes: densidades de energía: volumétrica (presión), superficial (empuje) y lineal (fuerza), son las causas de toda acción. Descubre las causas de las leyes de Newton, es una alternativa al modelo Estándar de la Física de Partículas y a las teorías de campos en un espacio vacío, sustituyéndolos por un único campo de energía que ejerce fuerza y cede energía a las partículas. Define los conceptos: energía, fuerza, masa, carga eléctrica y campo magnético. La masa es proporcional a la fuerza de oposición inicial de la energía del espacio al movimiento de las partículas, generando desplazamientos discretos y una onda de desplazamiento de cuantos de energía, producida por el movimiento del foco emisor, que se suma vectorialmente a la onda electromagnética, hasta una distancia determinada, explicando los experimentos de Michelson, De Sitter y Bradley. Deduce la variación de la masa con la velocidad, con las mismas fórmulas que la teoría de la Relatividad de Einstein. Deduce la transición a la macrofísica, siendo aparentes las magnitudes clásicas, velocidad, momentum, aceleración, fuerza y fuerza de oposición inercial. Desarrolla la Teoría Cuántica del Movimiento, la Teoría Cuántica de los Campos Unificados, la Teoría Cuántica de la Gravedad, y la Teoría Cuántica Electrostática. Descubre las condiciones de estabilidad de las partículas, la inversión de las fuerzas electromagnéticas, la constante de Planck y su variación con la velocidad, la causa del fotón, de las antipartículas y de las partículas inestables. Calcula las fuerzas de Gravedad, Electrostática, Magnética, y las fuerzas Fuerte y Débil.

    Referencia: La materia, energía oscura – ISBN : 978-84-613-7263-8 . Edit. Noviembre 2010
    Internet – Google: “La-materia-es-en-realidad-energía-oscura” – Tendencias21 –
    Web: http://www.gomezdeolea.com

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