En la física de astropartículas , un rayo cósmico de energía ultra alta ( UHECR ) es un rayo cósmico con una energía superior a 1 EeV (10 18 electronvoltios , aproximadamente 0,16 julios ), [1] mucho más allá de la masa en reposo y las energías típicas de otros partículas de rayos cósmicos.
Un rayo cósmico de energía extrema ( EECR ) es un UHECR con energía que excede5 × 10 19 eV (alrededor de 8 julios ), el llamado límite de Greisen-Zatsepin-Kuzmin (límite GZK). Este límite debería ser la energía máxima de los protones de rayos cósmicos que han viajado largas distancias (alrededor de 160 millones de años luz), ya que los protones de mayor energía habrían perdido energía en esa distancia debido a la dispersión de los fotones en el fondo cósmico de microondas (CMB). De ello se deduce que los EECR no podrían ser supervivientes del universo temprano , sino que son cosmológicamente "jóvenes", emitidos en algún lugar del supercúmulo local mediante algún proceso físico desconocido. Si un EECR no es un protón, sino un núcleo con Anucleones, entonces el límite de GZK se aplica a sus nucleones, que transportan solo una fracción 1 / A de la energía total del núcleo. Para un núcleo de hierro, el límite correspondiente sería2,8 × 10 21 eV . Sin embargo, los procesos de la física nuclear conducen a límites para los núcleos de hierro similares a los de los protones. Otros núcleos abundantes deberían tener límites aún más bajos.
Estas partículas son extremadamente raras; entre 2004 y 2007, las ejecuciones iniciales del Observatorio Pierre Auger (PAO) detectaron 27 eventos con energías de llegada estimadas por encima5.7 × 10 19 eV , es decir, aproximadamente un evento de este tipo cada cuatro semanas en el área de 3000 km 2 estudiada por el observatorio. [2]
Existe evidencia de que estos rayos cósmicos de mayor energía podrían ser núcleos de hierro , en lugar de los protones que componen la mayoría de los rayos cósmicos. [3]
Los (hipotética) fuentes postulados de EECR se conocen como Zevatrons , nombrados en analogía con el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley 's Bevatron y Fermilab ' s Tevatron , y por lo tanto capaz de acelerar partículas a 1 ZEV (10 21 eV, zetta-electronvolt). En 2004 se consideró la posibilidad de que los chorros galácticos actuaran como Zevatrones, debido a la aceleración difusiva de partículas causada por ondas de choque dentro de los chorros. En particular, los modelos sugirieron que las ondas de choque del cercano chorro galáctico M87 podrían acelerar un núcleo de hierro a rangos de ZeV. [4]En 2007, el Observatorio Pierre Auger observó una correlación de EECR con agujeros negros supermasivos extragalácticos en el centro de galaxias cercanas llamadas núcleos galácticos activos (AGN) . [5] Sin embargo, la fuerza de la correlación se debilitó con las observaciones continuas. Las energías extremadamente altas también podrían explicarse por el mecanismo centrífugo de aceleración [6] en las magnetosferas de AGN , aunque los resultados más recientes indican que menos del 40% de estos rayos cósmicos parecían provenir del AGN, una correlación mucho más débil de lo que se informó anteriormente. . [3] Una sugerencia más especulativa de Grib y Pavlov (2007, 2008) prevé la descomposición de la materia oscura superpesada mediante el proceso de Penrose .
La primera observación de una partícula de rayos cósmicos con una energía superior a 1.0 × 10 20 eV (16 J) fue fabricado por el Dr. John D Linsley y Livio Scarsi en el experimento Volcano Ranch en Nuevo México en 1962. [7] [8]