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Ciencia

Llegan los nuevos rayos de Sol

Un equipo de investigadores argentinos y brasileños detecta una inédita radiación de una explosión solar. Es la más intensa hasta ahora registrada

Habían pasado las cuatro horas de las tarde del día 4 de noviembre del año pasado cuando uno de los telescopios del Complejo Astronómico El Leoncito (Casleo), emplazado a alrededor de tres mil metros de altura en los Andes argentinos, captó las señales emitidas por la más intensa explosión solar de la que hasta hoy se tenga noticias. En una de las salas del observatorio, a resguardo del frío de 10º C de la primavera andina, el físico brasileño Pierre Kaufmann y los ingenieros argentinos Adolfo Marún y Pablo Pereyra mantenían sus miradas fijas en la pantalla de la computadora del Telescopio Solar de Ondas Submilimétricas (SST).

Es que estaban observando en ese momento un nuevo tipo de radiación solar, con ese telescopio de 2,5 millones de dólares construido mediante un financiamiento producto de una cooperación entre Brasil y Argentina. Tan pronto chequeó el gráfico que se estaba formando en el monitor, Kaufmann imaginó que por fin hubiese encontrado los rayos T, una forma de radiación que él había empezado a buscar 20 años antes, cuando detectó sus primeras señales en 1984, en el Radio Observatorio de Itapetinga, con sede en Atibaia, interior del estado de São Paulo.

Esta radiación, emitida durante las explosiones solares, se destaca por la frecuencia de la vibración de sus ondas. Los rayos captados por la antena de 1,5 m de altura del SST superaron el límite de 100 Gigahertz (GHz), que hasta ese entonces era la frecuencia máxima de energía en la banda de radio observada en las explosiones solares. Durante la mentada explosión solar de comienzos de noviembre, el equipo de Kaufmann, investigador de la Universidad Presbiteriana Mackenzie de São Paulo, detectó esa radiación en dos frecuencias: 212 y 405 GHz, ó 0,2 y 0,4 Terahertz o Terahertzios (THz), la unidad de medida utilizada más comúnmente, que explica el nombre de esa radiación y la ubica en el espectro electromagnético entre las ondas de radio y la luz visible.

“La emisión de esta forma de radiación es el fenómeno de más alta intensidad, esto si se la compara con las de otras bandas de energía emitidas durante las explosiones solares”, afirma Kaufmann, coordinador del estudio en el que se informa acerca de la detección de la radiación T en la explosión solar, publicado en Astrophysical Journal Letters el 10 de marzo.La cantidad de energía generada por esta radiación en un determinado intervalo de tiempo, es decir, su intensidad es de tres a cinco veces mayor que la de las emisiones de radio, las formas de radiación de mayor longitud de onda, y entre mil y diez mil veces mayor que la de las emisiones de rayos X y gamma, las de menor longitud de onda. Esto significa que la radiación correspondiente a los rayos T sería la más brillante en el caso de que la vista humana lograse captar todas las franjas del espectro electromagnético con la misma eficiencia que detecta la luz visible.

Pero, pese a su intensidad, un motivo les impedía a los físicos observar los rayos T: la fabricación de instrumentos capaces de captar la radiación en Terahertz requiere el dominio de tecnologías de difícil acceso. Otra dificultad residía en que la mayoría de los modelos teóricos no preveía la existencia de radiación en esta banda de frecuencia del espectro. “Por tales motivos, casi nadie había procurado identificar la actividad solar en la banda de los Terahertz”, afirma el físico paulista, que planteó en 1985 la existencia de radiaciones solares con frecuencias superiores a los 100 GHz en un artículo publicado en la revista Nature .

Kaufmann se percató de que estaba en la senda correcta hace cuatro años, al registrar indicios más consistentes de la radiación en la banda de los Terahertz, captados al comienzo de las pruebas del propio SST, el único telescopio proyectado para la observación del Sol en esa banda de radiación, que emite ondas de una longitud inferior al milímetro (submilimétricas). Pero faltaban aún señales continuas, abundantes e inequívocas, como las que se registraron en noviembre pasado, cuando el telescopio ya estaba operando regularmente. Una hora antes de que surgieran las señales en el monitor de El Leoncito, los ingenieros habían reformulado el programa de computadora que convierte las señales captadas por la antena, pues hasta ese momento no había funcionado de manera acorde con lo que se esperaba.

Mejores que los rayos X
Dos propiedades características de los rayos T, su alta intensidad y su baja frecuencia, convierten a este tipo de radiación en el candidato ideal para su utilización en equipamientos destinados al diagnóstico de enfermedades. Como los rayos T vibran mucho más lentamente que la radiación del otro extremo del espectro, que abarca a los rayos X y gamma, le ocasionarían probablemente menos daños al material genético de los organismos vivos, como sucede con las ondas de radio emitidas por los aparatos de resonancia magnética nuclear.

Existen en la actualidad al menos dos empresas creadas recientemente en Europa con el propósito de explotar las aplicaciones médicas de los rayos T que, más allá de ser más seguros que los rayos X, pues cargan mucho menos energía y no penetran en el cuerpo tan rápidamente, también suministran un mejor contrapunto entre las células sanas y las enfermas. Los físicos estiman también que la radiación registrada por Kaufmann podría ser útil para detectar drogas y armas, e incluso en el campo de la investigación de fósiles, pues evitaría los daños ocasionados por la excavación de las rocas.

Aplicaciones prácticas al margen, los rayos T servirán como un nuevo indicador de los posibles orígenes de las explosiones solares, cuyas causas son todavía inciertas, y podrán también contribuir en el pronostico del impacto de dichas explosiones en las telecomunicaciones terrestres. A tales explosiones, comunes en momentos de intensa actividad solar, cuando se produce la inversión de sus polos magnéticos, va asociada la eyección de masas cerca de la superficie del Sol, lo que genera gigantescas llamaradas asociadas a los abrillantamientos, también denominados flares, que arrojan al espacio nubes de un tamaño diez veces más grande que el proprio Sol, formadas por partículas supercalentadas y cargadas eléctricamente que llegan a nuestro planeta a una velocidad de hasta dos mil kilómetros por segundo.

Cuando se produce una explosión en el Sol, cabe esperar que surjan problemas por estos lares. Las explosiones ocurridas a finales de octubre y comienzos de noviembre de 2003, las más intensas que se hayan observado desde que los físicos empezaron a registrar estas súbitas liberaciones de energía en la década de 1940, pusieron fuera de servicio a la red de transmisión de electricidad de Suecia, enmudecieron los teléfonos celulares en Argentina, averiaron dos satélites japoneses y afectaron el normal funcionamiento de los sistemas de comunicación y de navegación de aviones y barcos en todo el mundo.

Basándose en la intensidad y en otro rasgo característico de los rayos T que son los pulsos rápidos, que duran entre 100 y 300 milisegundos, Kaufmann cree que la radiación en la banda de los Terahertzios es producto de la acción de partículas atómicas cargadas eléctricamente y aceleradas a velocidades cercanas a la de la luz (que es de 300 mil kilómetros por segundo).

Estas partículas atómicas son los electrones ultrarrelativísticos, así denominados pues tienen una energía superior al millón de electrones-voltios, la unidad de medida de la energía de las partículas atómicas. De este modo, los rayos T, producidos por electrones de magnitudes de centenas de millones de electrones-voltios, representan la energía liberada por el movimiento de estas partículas ultraveloces en su interacción con los campos magnéticos del Sol. Curiosamente, esta forma de radiación surge también en experimentos llevados a cabo en aceleradores de partículas, equipamientos utilizados en ensayos de física atómica y capaces de impulsar electrones a velocidades cercanas a la de la luz, haciendo que dichas partículas generen emisiones electromagnéticas en la banda de los Terahertzios.

Al tiempo que pueden explicar el origen de los rayos T, los electrones ultrarrelativísticos siguen intrigando a los físicos, pues que no se sabe aún qué tipo de fenómeno podría producir estas partículas en el Sol. De cualquier modo, la hipótesis de que se formen partículas a una velocidad tan alta, ya sea a causa de éstas o como consecuencia de dichas explosiones, sugiere que deben hacerse algunos ajustes en la manera de observar esta estrella de cinco mil millones de años de antigüedad. Se creía que la energía de las partículas resultantes de las explosiones solares no excedería el millón de electrones-voltios. Como resultado del movimiento de esos electrones, denominados ligeramente relativísticos, se forman las emisiones de radio.

Y ahora, el descubrimiento de la radiación que indica la existencia de partículas de centenas de millones de electrones-voltios de energía crea una alternativa para explicar el origen de los rayos X y gamma. Dichos rayos, considerados las formas más energéticas de radiación electromagnética producidas en las explosiones solares, no serían únicamente producto de la colisión de nubes de electrones de alta energía con las regiones más densas del Sol.

Estos dos tipos de radiaciones, de acuerdo con Kaufmann, también podrían ser producto ?al igual que los rayos T? del choque de las nubes de electrones ultrarrelativísticos con la radiación que los propios electrones generaron, un fenómeno conocido como efecto Compton Inverso, utilizado para interpretar las explosiones en escalas mucho mayores, como por ejemplo en los núcleos activos de las galaxias. “La radiación en la banda de los Terahertzios era el nexo que nos faltaba para estudiar de otro modo el origen de los rayos X y gamma”, dice Kaufmann.

Tanto en el Sol como en otras estrellas ?existen 100 mil millones de estrellas solamente en la Vía Láctea, nuestra galaxia? todavía queda mucho por explorar. “No me sorprendería si aparecen muchas más explosiones solares con la observación continua hecha en una banda más alta de rayos T, entre los 5 y los 100 Terahertz”, comenta Kaufmann, cuyo trabajo se restringió a las frecuencias de 0,2 y 0,4 Terahertz. Sin embargo, y de acuerdo con el investigador, solamente los satélites espaciales logran captar emisiones solares en frecuencias superiores a 1 Terahertzio. “Y no existe actualmente ningún satélite en condiciones de realizar esta tarea.”

El Projecto
Aplicaciones del Telescopio Solar de Ondas Submilimétricas (SST)Modalidad
Proyecto temático
Coordinador
Pierre Kaufmann ? Universidad Presbiteriana Mackenzie
Inversiones
R$ 137.496,00 y US$ 83.061,06 (FAPESP)
R$ 30.000,00 (CNPq)
R$ 65.000,00 (MackPesquisa)

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