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    El equipo logra un gran avance en la comprensión de los raros rayos gamma activados por rayos

    Un detector de superficie de matriz de telescopio y sus vecinos, desplegado en el desierto occidental de Utah. Los 507 detectores están dispuestos en una cuadrícula que cubre 700 kilómetros cuadrados, aproximadamente lo mismo que la superficie terrestre de la ciudad de Nueva York. Crédito:colaboración Telescope Array

    En el desierto occidental de Utah el Telescope Array se extiende por un área del tamaño de la ciudad de Nueva York, esperando los rayos cósmicos. La instalación detecta las partículas de alta energía que chocan constantemente con la atmósfera terrestre; los rayos cósmicos activan los sensores 500-plus una vez cada pocos minutos.

    Al analizar los datos en 2013, Los físicos de Telescope Array descubrieron una extraña firma de partículas; el fotón equivalente a una llovizna ligera puntuada por una manguera contra incendios. La matriz había registrado inesperadamente un fenómeno extremadamente raro:rayos gamma, las ondas de luz de mayor energía en el espectro electromagnético, producido por los rayos que emiten la radiación hacia abajo, hacia la superficie de la Tierra. Cinco años después, un equipo internacional dirigido por el Cosmic Ray Group de la Universidad de Utah ha observado los llamados destellos terrestres de rayos gamma (TGF) con más detalle que nunca.

    El Telescope Array detectó 10 ráfagas de TGF descendentes entre 2014 y 2016, más eventos de los que se han observado en el resto del mundo juntos. El Proyecto Telescope Array Lightning es el primero en detectar TGF descendentes al comienzo de un rayo de nube a tierra, y para mostrar dónde se originaron dentro de las tormentas eléctricas. El Telescope Array es, con mucho, la única instalación capaz de documentar la "huella" completa de TGF en el suelo, y muestran que los rayos gamma cubren un área de 3 a 5 km de diámetro.

    "Lo que es realmente genial es que el Telescope Array no fue diseñado para detectarlos, "dijo el autor principal Rasha Abbasi, investigador del Instituto de Astrofísica de Altas Energías y del Departamento de Física y Astronomía de la U. "Somos 100 veces más grandes que otros experimentos, y el tiempo de respuesta de nuestro detector es mucho más rápido. Todos estos factores nos dan la capacidad de la que no éramos conscientes:podemos mirar los relámpagos de una manera que nadie más puede ".

    El estudio publicado en línea el 17 de mayo en The Journal of Geophysical Research:Atmósferas .

    Un laboratorio accidentalmente perfecto

    El trabajo se basa en un estudio publicado por el grupo el año pasado que estableció una fuerte correlación entre ráfagas similares de lluvias de partículas energéticas detectadas entre 2008 y 2013. y actividad de rayos registrada por la Red Nacional de Detección de Rayos. Los físicos quedaron atónitos.

    "Fue BOOM BOOM BOOM BOOM. Como, cuatro o cinco disparos de los detectores que ocurren en un milisegundo. Mucho más rápido de lo que podrían esperar los rayos cósmicos, "dijo John Belz, profesor de física en la U e investigador principal del Proyecto Telescope Array Lightning, financiado por la National Science Foundation. "Con el tiempo nos dimos cuenta de que todos estos extraños sucesos ocurrían cuando hacía mal tiempo. miramos la Red Nacional de Detección de Rayos y, bajo y he aquí, habría un rayo, y en un milisegundo obtendríamos una ráfaga de disparadores ".

    Los investigadores trajeron a expertos en rayos del Laboratorio Langmuir de Investigación Atmosférica en New Mexico Tech para ayudar a estudiar los rayos con más detalle. Instalaron un Lightning Mapping Array de nueve estaciones desarrollado por el grupo, que produce imágenes en 3-D de la radiación de radiofrecuencia que emite un rayo dentro de una tormenta. En 2014, instalaron un instrumento adicional en el centro de la matriz, llamada "antena lenta", que registra los cambios en la carga eléctrica de la tormenta causados ​​por la descarga del rayo.

    El brillante destello de luz es solo una etapa del relámpago; hay una subestructura que pasa demasiado rápido para que el ojo la vea. Los 'líderes de paso' avanzan hacia el suelo por etapas. La carga eléctrica negativa se acumula en la punta del líder hasta que es suficiente para hacer que el aire se descomponga y forme una nueva ruta conductora. El estudio encontró que los rayos gamma terrestres se producen dentro de los primeros 1-2 milisegundos de la etapa de descomposición inicial. que es la parte menos entendida del rayo. Crédito:Administración Nacional de Oceanografía y Atmosfera

    "Tomados en conjunto, Las detecciones de Telescope Array y las observaciones de rayos constituyen un avance importante en nuestra comprensión de los TGF. Anterior a eso, Los TGF fueron detectados principalmente por satélites, con pocos o ningún dato terrestre para indicar cómo se producen ", dijo Paul Krehbiel, investigador de rayos desde hace mucho tiempo en el Instituto de Minería y Tecnología de Nuevo México y coautor del estudio. "Además de proporcionar una cobertura de área mucho mejor para detectar los rayos gamma, las mediciones de la matriz están mucho más cerca de la fuente de TGF y muestran que los rayos gamma se producen en ráfagas de corta duración, cada uno con una duración de sólo diez a unas pocas decenas de microsegundos ".

    Un fenómeno extremadamente raro

    Hasta que un satélite FERMI registró el primer TGF en 1994, Los físicos pensaban solo en eventos celestiales violentos, como estrellas en explosión, podría producir rayos gamma. Gradualmente, Los científicos determinaron que los rayos se produjeron en los milisegundos iniciales de un rayo intranube ascendente, que envió los rayos al espacio. Desde que descubrí estos TGF ascendentes, Los físicos se han preguntado si los relámpagos de nube a tierra podrían producir TGF similares que se emiten hacia la superficie de la Tierra.

    Previamente, solo se han registrado seis TGF descendentes, dos de los cuales provienen de experimentos con rayos inducidos artificialmente. Los cuatro estudios restantes con rayos naturales informan que los TGF se originaron mucho más tarde, después de que el rayo ya hubiera golpeado el suelo. Las observaciones de la matriz son las primeras en mostrar que los TGF descendentes ocurren en la etapa inicial de ruptura de un rayo, similar a las observaciones satelitales.

    "Los TGF descendentes provienen de una fuente similar a los ascendentes. Asumimos con seguridad que tenemos una física similar. Lo que vemos en el suelo puede ayudar a explicar lo que ven en los satélites, y podemos combinar esas imágenes para comprender el mecanismo de cómo sucede, "dijo Abbasi.

    "El mecanismo que produce los rayos gamma aún no se ha descubierto, "añadió Krehbiel.

    Que sigue

    Los investigadores tienen muchas preguntas sin respuesta. Por ejemplo, no todos los rayos crean los destellos. ¿Es eso porque solo un tipo particular de iniciación del rayo los produce? ¿Los científicos solo ven un subconjunto de TGF que resultan ser lo suficientemente grandes? o apuntar en la dirección correcta, ser detectado?

    El equipo espera traer sensores adicionales al Telescope Array para mejorar las mediciones de rayos. En particular, la instalación de una "antena rápida" de detección de radio estática permitiría a los físicos ver la subestructura en los cambios del campo eléctrico al comienzo del destello.

    "Al traer otros tipos de detectores de rayos y ampliar el esfuerzo, Creo que podemos convertirnos en un actor importante en esta área de investigación, "dijo Belz.


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