Una señal cósmica con 40 millones de veces más energía que el LHC desconcierta a los físicos por un motivo inesperado
CIENCIAS EXACTAS: ASTROFÍSICA.
Una señal excepcional ha revelado que algo no encaja en la forma habitual de interpretar las partículas más energéticas del cosmos y ha abierto preguntas que la física aún no sabe responder.
Fuente: ChatGPT.
La detección de una partícula subatómica procedente del espacio puede parecer, a primera vista, un dato técnico más dentro del flujo constante de resultados científicos. Sin embargo, algunas señales destacan no solo por su rareza, sino por la magnitud de las preguntas que plantean. Eso es lo que ocurrió cuando un detector terrestre registró una partícula con una energía tan extrema que obligó a los físicos a replantearse qué tipo de lugares del universo son capaces de producir algo así.
El trabajo científico en el que se basa este artículo, publicado en The Astrophysical Journal, no se limita a describir una observación excepcional. Propone una nueva forma de investigar el origen de partículas cósmicas individuales, combinando simulaciones físicas detalladas y métodos estadísticos avanzados. El enfoque no busca una respuesta simple, sino delimitar qué regiones del universo podrían ser compatibles con una señal tan extrema, teniendo en cuenta todas las incertidumbres conocidas.
Una partícula fuera de escala incluso para la física moderna.
Las llamadas partículas de rayos cósmicos ultraenergéticos son núcleos atómicos cargados que viajan por el espacio a velocidades cercanas a la de la luz. Su estudio resulta complicado porque no se pueden producir de forma controlada en laboratorios, y su llegada a la Tierra es extremadamente rara. La mayoría tiene energías muy inferiores a las que pueden alcanzar los aceleradores de partículas construidos por el ser humano.
La partícula conocida como Amaterasu pertenece a una categoría excepcional. Fue detectada en 2021 por el experimento Telescope Array, en Estados Unidos, y su energía supera en decenas de millones de veces la de las partículas aceleradas en el Gran Colisionador de Hadrones. Según el propio artículo científico, se trata de “la segunda partícula de mayor energía jamás detectada”, un dato que la convierte en un objeto de estudio casi único.
Este nivel de energía no solo es impresionante por sí mismo. Implica que el proceso que aceleró esa partícula tuvo que darse en un entorno astrofísico extremo, capaz de transferir enormes cantidades de energía a un solo núcleo
atómico. Identificar ese entorno es uno de los grandes desafíos abiertos de la astrofísica de partículas.
Mapa de las regiones del cielo compatibles con el posible origen de la partícula Amaterasu, según distintas hipótesis sobre su energía y su composición. Fuente: The Astrophysical Journal.
Por qué rastrear el origen de una sola partícula es tan difícil.
A diferencia de la luz, las partículas cargadas no viajan en línea recta a través del universo. Los campos magnéticos galácticos y extragalácticos desvían su trayectoria, a veces de forma muy significativa. Esto significa que la dirección desde la que llega una partícula a la Tierra no apunta necesariamente a su lugar de origen.
En el caso de Amaterasu, el problema parecía aún mayor. Su dirección de llegada coincidía aproximadamente con el llamado Vacío Local, una región del espacio con muy pocas galaxias conocidas. Esa aparente “zona vacía” no encajaba bien con los modelos habituales de fuentes capaces de acelerar partículas hasta energías tan extremas.
Además, existen incertidumbres importantes en la medida de la energía y en la naturaleza exacta de la partícula. No es lo mismo un protón ligero que un núcleo pesado, ya que su comportamiento frente a los campos magnéticos es muy distinto. El artículo subraya que estas incertidumbres deben tratarse de forma conjunta, y no por separado, si se quiere obtener una imagen realista del problema.
Un nuevo enfoque basado en simulaciones y estadística avanzada.
El núcleo del trabajo reside en el método empleado. Las autoras combinan simulaciones tridimensionales del viaje de las partículas por el universo con una técnica estadística conocida como "computación bayesiana aproximada". Este enfoque permite comparar directamente simulaciones físicas realistas con los datos observados, sin necesidad de simplificar en exceso el problema.
Tal como se explica en el propio artículo, el método “permite aplicar conjuntamente las restricciones de la energía observada y la dirección de llegada, incorporando de forma natural sus correlaciones”. Esta frase resume una de las aportaciones clave del estudio: tratar todas las piezas del rompecabezas al mismo tiempo.
En la práctica, el procedimiento consiste en simular millones de trayectorias posibles bajo distintas hipótesis —tipo de partícula, intensidad de los campos magnéticos, distancia a la fuente— y aceptar solo aquellas que reproducen razonablemente la señal detectada. El resultado no es un punto concreto en el cielo, sino un mapa de probabilidades.
Este tipo de análisis marca un cambio importante respecto a trabajos anteriores, que solían estudiar por separado la energía o la dirección de llegada. Aquí ambas se consideran de forma conjunta, lo que reduce el riesgo de conclusiones engañosas.
Mapa de probabilidades del posible origen cósmico de la partícula detectada. Fuente: The Astrophysical Journal.
Qué revela el análisis sobre el posible origen de Amaterasu.
Cuando se aplicó este marco al caso concreto de Amaterasu, los resultados fueron reveladores. Las simulaciones mostraron que el origen de la partícula no tiene por qué limitarse al Vacío Local, como se había sugerido inicialmente. Al contrario, aparecen regiones cercanas del universo que también son compatibles con los datos.
El propio artículo señala que el análisis “revela un conjunto más amplio de candidatos cercanos como posibles fuentes de lo que se había encontrado en análisis previos”. Entre esas regiones destacan entornos con intensa formación estelar, conocidos por albergar procesos violentos capaces de acelerar partículas.
Uno de los aspectos más interesantes es que el resultado depende de la masa de la partícula al llegar a la Tierra. Si se trata de un núcleo pesado, las desviaciones magnéticas son mayores y el abanico de posibles orígenes se amplía. Esto refuerza la idea de que conocer la composición de estas partículas es tan importante como medir su energía.
Lejos de ofrecer una respuesta cerrada, el estudio redefine el problema. El misterio no desaparece, pero se vuelve más concreto y mejor acotado, lo que resulta esencial para futuros avances.
Implicaciones para la física de partículas y la astrofísica.
Más allá del caso concreto de Amaterasu, el trabajo tiene implicaciones amplias. Demuestra que es posible extraer información significativa incluso de eventos individuales, algo que durante mucho tiempo se consideró poco realista en este campo.
Las autoras destacan que “explorar los rayos cósmicos de ultraalta energía ayuda a comprender cómo el universo puede acelerar la materia hasta energías tan extremas”. Esta comprensión no solo afecta a la astrofísica, sino también a la física fundamental, ya que estas partículas alcanzan regímenes imposibles de reproducir en la Tierra.
Además, el método desarrollado sienta las bases para estudios futuros con más datos. A medida que los observatorios mejoren y se detecten nuevas partículas extremas, este tipo de análisis permitirá comparar casos, buscar patrones y descartar hipótesis exóticas innecesarias.
El estudio también pone de relieve la importancia de mejorar los modelos de campos magnéticos cósmicos. Gran parte de la incertidumbre actual proviene de no conocer bien esas estructuras invisibles, que juegan un papel decisivo en el viaje de las partículas.
Por qué esta partícula extrema sigue siendo un problema abierto para la ciencia.
El propio artículo es claro sobre sus limitaciones. El análisis se centra en distancias relativamente cercanas, y asume ciertos escenarios sobre la naturaleza de la partícula. Lejos de ser un defecto, esta transparencia refuerza la solidez del trabajo, ya que deja claro qué conclusiones son firmes y cuáles dependen de supuestos concretos.
En palabras de las autoras, el objetivo es “desarrollar métodos avanzados de análisis estadístico para explotar los datos disponibles al máximo”. Esta filosofía apunta a un futuro en el que cada nueva detección extrema aporte información valiosa, incluso aunque sea única.
Amaterasu, por tanto, no es solo una partícula extraordinaria. Es una prueba de que el universo sigue ofreciendo señales capaces de desafiar los límites de nuestro conocimiento, y de que nuevas herramientas conceptuales son esenciales para interpretarlas.
Por: Eugenio M. Fernández Aguilar. Físico, escritor y divulgador científico.
Sitio Fuente: Muyinteresante