Los físicos han descubierto una nueva forma de radiación de rayos gamma, que emana de las tormentas tropicales, y han demostrado que estas explosiones invisibles de energía son más comunes en la Tierra de lo que se pensaba. Este fenómeno se describe1,2 En dos estudios publicados en naturaleza El 2 de octubre.
“Esta investigación supone un punto de inflexión en este campo”, afirma Joseph Dwyer, físico de la Universidad de New Hampshire en Durham. Los resultados agregaron un nuevo animal al zoológico. Fenómenos de alta energía que aparecen en las tormentasAñade. “Estos dos artículos son muy importantes y causarán un gran revuelo en la comunidad de tormentas y relámpagos”.
Misteriosos rayos gamma podrían ayudar a resolver el antiguo misterio de los rayos
Más energética que los rayos X, la radiación gamma se encuentra alrededor de los agujeros negros y otros entornos cósmicos extremos. También se puede ver en la Tierra, y sus orígenes podrían ayudar a explicar por qué se producen los rayos, que a menudo siguen a estos eventos. Por qué se producen los rayos ha sido un misterio durante siglos, porque las observaciones han luchado por encontrar campos eléctricos lo suficientemente fuertes como para iniciarlos.
Avión de la Guerra Fría
Un grupo dirigido por científicos de la Universidad de Bergen, Noruega, hizo estos descubrimientos utilizando instrumentos encontrados en un avión espía de gran altitud de la Guerra Fría que la NASA convirtió. El avión monopiloto voló hasta 1,5 kilómetros por encima de las tormentas en el Caribe y Centroamérica, durante diez vuelos en 2023.
Los científicos han documentado previamente dos tipos de fenómenos de rayos gamma en las tormentas: llamaradas que duran segundos y explosiones de alta intensidad conocidas como destellos de rayos gamma terrestres (TGF), que duran sólo una millonésima de segundo. Los mecanismos detrás de cualquiera de ellos no se comprenden bien, ni tampoco la relación entre ellos.
Ilustración de un avión volando sobre nubes de tormenta observando llamaradas de rayos gamma, de color púrpura.Crédito: ALOFT/Mount Visual Team (CC BY 4.0)
Los detectores a bordo detectaron ambos tipos de radiación apareciendo en la misma tormenta. Vieron alrededor de 500 llamaradas y 130 TGF, mucho más de lo que esperaban. Las llamaradas no fueron las esperadas. En lugar de un zumbido constante, la intensidad de la radiación subía y bajaba, fluyendo a través de un área de unos 100 kilómetros de diámetro, como una olla de agua hirviendo.
Rara vez se han observado ambos tipos de radiación antes. “Hemos visto que es muy común en estas tormentas tropicales”, dice Martino Marisaldi, coautor y físico atmosférico de alta energía de la Universidad de Bergen.
Pero el equipo también vio 24 casos de un nuevo tipo de radiación de rayos gamma: un destello. Estos pulsos se originaron a partir de llamaradas y duraron hasta 250 ms, con características intermedias a las de los otros dos tipos de radiación. Durante cada destello, la radiación aumentó una docena de veces en aproximadamente una décima de segundo.
sopa de electrones
Esta radiación recientemente observada puede ser clave para comprender cómo aparecen los rayos gamma en la Tierra. Los científicos saben desde la década de 1980 que las tormentas pueden emitir rayos gamma. Esto ocurre cuando se desarrollan campos eléctricos de unos 100 millones de voltios dentro de las nubes agitadas, creando un acelerador de partículas natural. Cuando grupos de electrones, que se acercan a la velocidad de la luz, chocan con moléculas de aire, liberan radiación de rayos gamma. Pero aún no se sabe de dónde provienen tantos de estos electrones.
Las cámaras de la estación espacial revelan cómo las tormentas provocan explosiones de rayos gamma
Dwyer dice que los últimos datos son consistentes con un modelo que presentó en 2003, en el que la radiación de alta energía a veces produce positrones, las contrapartes de antimateria de los electrones. Estas ondas irían en dirección opuesta a la de los electrones, en un ciclo que crea nuevas avalanchas, lo que podría explicar la cantidad de rayos gamma y destellos, dice Dwyer.
Esta es una “posibilidad atractiva” que vale la pena explorar, dice Teruaki Enoto, astrofísico que estudia fenómenos naturales extremos en el Laboratorio Riken Hakube en Saitama, Japón.
Los rayos ocurren después de la mayoría de las llamaradas y destellos, y al mismo tiempo que los TGF. Los modelos sugieren que el colapso electrónico podría desinflar parcialmente la nube, provocando que el campo crezca en otros lugares e inicie relámpagos, añade Dwyer.
Inuto dice que los interesantes resultados acelerarán las futuras observaciones de estos eventos. “Felicitaciones al equipo”, dice.