Un equipo de investigación internacional ha desarrollado un programa informático que puede simular el transporte de rayos cósmicos a través del espacio. Los investigadores esperan que les ayude a resolver el misterio de las fuentes de los rayos cósmicos.

Hasta el momento, no sabemos qué objetos celestes emiten la radiación de alta energía que arroja la Tierra desde el espacio. Los modelos teóricos son necesarios para explicar los datos experimentales; la nueva simulación por computadora puede proporcionarlos. Un equipo de investigadores de la Ruhr-Universität Bochum (RUB) describe el software en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics .

Como un cielo uniformemente iluminado durante el día

Desde su descubrimiento hace 100 años, los investigadores han intentado descifrar de dónde provienen los rayos cósmicos. El problema es que, vistos desde la Tierra, se ven como el cielo durante el día a simple vista, es decir, igualmente iluminados en casi todos los lugares a los que miramos.

Esto se debe a que la luz del sol se dispersa en la atmósfera de la Tierra y se distribuye uniformemente por todo el cielo. Los rayos cósmicos también se dispersan en su camino hacia la Tierra, a través de interacciones con campos magnéticos cósmicos. Todo lo que podemos ver desde la Tierra es una imagen uniformemente iluminada; el origen de la radiación permanece oculto.

Trayectorias de partículas simuladas desde la producción hasta la detección

"Nuestro programa CRPropa nos permite rastrear las trayectorias de las partículas desde su formación hasta su llegada a la Tierra, y esto para todas las energías que podemos observar desde la Tierra", dice Julien Dörner, Ph.D. estudiante en RUB. "También podemos explicar completamente la interacción de las partículas con la materia y los campos de fotones en el universo".

El programa puede simular no solo la propagación de rayos cósmicos, sino también las firmas de neutrinos y rayos gamma que se producen en las interacciones de rayos cósmicos. "A diferencia de los rayos cósmicos, estas partículas mensajeras se pueden observar directamente desde sus fuentes, ya que llegan a la Tierra en un camino recto", explica el Dr. Patrick Reichherzer, investigador postdoctoral en RUB. "También podemos usar el software para predecir tales firmas de neutrinos y rayos gamma de galaxias distantes como explosiones estelares o galaxias activas".

El programa de simulación presentado es actualmente el software más completo y abre nuevas ventanas al universo. "Podemos explorar nuevos rangos de energía en la simulación que no pudieron capturarse completamente con tanto detalle con los programas disponibles hasta la fecha", dice el profesor Karl-Heinz Kampert de la Universidad de Wuppertal. "Lo que es más importante, podemos desarrollar un modelo teórico que describa la transición de los rayos cósmicos de nuestra propia galaxia a una fracción proveniente de galaxias distantes y compararlo con las observaciones".

Cálculos teóricos esenciales para interpretar datos experimentales

El programa de simulación se desarrolló como resultado de una colaboración internacional de 17 investigadores de Alemania, España, Holanda, Italia, Croacia, Inglaterra y Austria. Con ocho investigadores, el RUB es un socio líder en el proyecto. El proyecto se llevó a cabo como parte del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1491 La Interacción de la Materia Cósmica, financiado por la Fundación Alemana de Investigación.

La portavoz de CRC, la profesora Julia Tjus del RUB, dice que "la publicación es un gran paso hacia una descripción cuantitativa del transporte y la interacción de los rayos cósmicos en tres dimensiones. CRPropa contribuirá significativamente a comprender de dónde provienen los rayos cósmicos. Después de todo, necesitamos cálculos teóricos para ayudarnos a interpretar la variedad de datos que recibimos de los diversos instrumentos que monitorean el cosmos". + Explora más

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