Yuuki Wada, estudiante de posgrado de la Universidad de Tokio, y colegas de Japón han descubierto una conexión entre los rayos y dos tipos de fenómenos de rayos gamma en las nubes de tormenta. La investigación sugiere que en ciertas condiciones, Los débiles destellos de rayos gamma de las nubes de tormenta pueden preceder a los relámpagos y los destellos de rayos gamma que los acompañan.

En la ciudad de Kanazawa, Prefectura de Ishikawa, en el centro de Japón, Wada y sus colegas trabajan con escuelas y empresas locales para instalar monitores de radiación en los edificios. Estos monitores de radiación forman una red para detectar la radiación proveniente del cielo. Asombrosamente, Se sabe desde hace unos 30 años que las tormentas eléctricas pueden traer consigo actividad de rayos gamma.

"La gente siempre ha visto rayos y escuchado truenos. Estas eran las formas en que podíamos experimentar este poder de la naturaleza, "dijo Wada." Con el descubrimiento del electromagnetismo, los científicos aprendieron a ver los rayos con receptores de radio. Pero ahora, podemos observar relámpagos en rayos gamma, radiación ionizante. Es como tener cuatro ojos para estudiar los fenómenos ".

Hay dos tipos conocidos de fenómenos de rayos gamma asociados con las nubes de tormenta:resplandores de rayos gamma, emisiones débiles que duran aproximadamente un minuto, y destellos de rayos gamma terrestres de corta duración (TGF), que ocurren como rayos y son mucho más intensos que los destellos de rayos gamma. Ambos ocurren en regiones de nubes tormentosas intercaladas entre capas de carga variable. Las regiones cargadas aceleran los electrones hasta acercarse a la velocidad de la luz. A estas velocidades relativistas, los electrones que se alejan muy cerca de los núcleos de los átomos de nitrógeno en el aire se ralentizan ligeramente y emiten un rayo gamma revelador. Esto se llama radiación bremsstrahlung.

"Durante una tormenta invernal en Kanazawa, nuestros monitores detectaron un TGF y un rayo simultáneos. Esto es bastante común, pero curiosamente, también vimos un brillo de rayos gamma en la misma área al mismo tiempo, "continuó Wada." Además, el resplandor desapareció abruptamente cuando cayó el rayo. Podemos decir de manera concluyente que los eventos están íntimamente conectados y esta es la primera vez que se observa esta conexión ".

El mecanismo subyacente a la descarga del rayo es muy buscado, y esta investigación puede ofrecer conocimientos previamente desconocidos. Wada y su equipo tienen la intención de avanzar en su investigación para explorar la posibilidad de que los destellos de rayos gamma no solo precedan a los rayos, pero de hecho puede causarlos. Los niveles de radiación de los destellos de rayos gamma son bastante bajos, aproximadamente una décima parte del nivel de una radiografía médica típica.

"Nuestro hallazgo marca un hito en la investigación sobre rayos, y pronto duplicaremos el número de sensores de radiación de 23 a unos 40 o 50. Con más sensores, podríamos mejorar enormemente los modelos predictivos, "explicó Wada." Es difícil decir ahora, pero con suficientes datos del sensor, es posible que podamos predecir la caída de rayos dentro de los 10 minutos posteriores a suceder, ya unos dos kilómetros de donde ocurren. Estoy emocionado de ser parte de esta investigación en curso ".

Es probable que también se lleven a cabo más investigaciones en Kanazawa, ya que la zona tiene condiciones meteorológicas raras e ideales para este tipo de trabajo. La mayoría de las observaciones de radiación en tormentas provienen de estaciones aéreas o montadas, ya que las nubes de tormenta son generalmente muy altas. Pero las tormentas de invierno en Kanazawa traen nubes de tormenta sorprendentemente cerca del suelo, ideal para estudiar con los monitores portátiles de bajo costo desarrollados por el equipo de investigación.

Los investigadores crearon estos monitores de radiación portátiles únicos en parte con tecnología derivada de observatorios satelitales basados ​​en el espacio diseñados para experimentos astrofísicos. Esto es apropiado ya que los datos de este tipo de investigación podrían ser útiles para quienes investigan astrofísica, y en particular, física solar en el contexto de la aceleración de partículas. Pero hay una rama más realista, así como.

"Paleontólogos que estudian la vida desde los últimos 50, 000 años más o menos utilizan una técnica llamada datación por carbono-14 para determinar la edad de una muestra. La técnica se basa en el conocimiento de los niveles de dos tipos de carbono, carbono-12 y carbono-14, ", dijo Wada." Comúnmente se piensa que el carbono-14 es creado por rayos cósmicos a una velocidad aproximadamente constante, de ahí el poder predictivo de la técnica. Pero hay una sugerencia de que las tormentas eléctricas pueden alterar la proporción de carbono-12 a carbono-14, lo que puede cambiar levemente la precisión o la calibración requerida para que funcione la datación por carbono 14 ".

Wada y sus colegas continuarán desempaquetando los misterios del rayo, uno de los fenómenos más cautivadores e icónicos de la naturaleza. Un próximo proyecto de colaboración con sede en Francia lanzará un satélite dedicado para observaciones de rayos en todo el mundo desde el espacio.

La investigación se informa en Física de las comunicaciones .