Un inédito haz de cromo-52 generado en laboratorio permite reconstruir cómo se transforman los elementos que recorren la Vía Láctea a velocidades cercanas a la de la luz.
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Un equipo de científicos ha confirmado que un experimento único con cromo-52 ha logrado medir por primera vez unas reacciones nucleares clave para comprender el origen de los rayos cósmicos y la evolución química de nuestra galaxia. El trabajo, desarrollado durante 43 horas en una de las instalaciones científicas más avanzadas del mundo, promete reducir algunas de las mayores incertidumbres de la astrofísica moderna.
Los resultados permitirán interpretar con mayor precisión los datos recogidos por misiones espaciales que estudian partículas procedentes de estrellas moribundas. La pregunta es tan antigua como fascinante: de dónde vienen exactamente los elementos que llenan la Vía Láctea y cómo cambian durante su viaje por el cosmos.
Durante décadas, los científicos han observado rayos cósmicos llegar a la Tierra casi a la velocidad de la luz. Sin embargo, reconstruir su historia ha sido mucho más complicado. Ahora, un experimento liderado por la física nuclear Priyarshini Ghosh, de la Universidad de Maryland Baltimore County (UMBC), podría acercarnos a una respuesta definitiva.
Cuando una estrella masiva agota su combustible y explota como supernova, libera enormes cantidades de núcleos atómicos al espacio. Esos fragmentos viajan durante millones de años atravesando la galaxia y constituyen lo que conocemos como rayos cósmicos.
Durante décadas, los científicos han observado rayos cósmicos llegar a la Tierra casi a la velocidad de la luz.
El problema surge porque esos núcleos no permanecen intactos. Durante su travesía chocan continuamente contra átomos de hidrógeno dispersos por el medio interestelar, fragmentándose en elementos más ligeros mediante un proceso denominado espallación protónica.
Esto significa que el elemento detectado por un observatorio espacial no siempre coincide con el elemento originalmente expulsado por una estrella. Y ahí aparece el gran desafío científico: distinguir qué parte de la señal observada corresponde al origen del material y cuál es consecuencia de millones de años de colisiones.
Para resolverlo, el equipo utilizó el potente complejo experimental de la Instalación para Haces de Isótopos Raros (FRIB), en la Universidad Estatal de Michigan. Su objetivo era extraordinariamente específico: medir por primera vez las llamadas secciones eficaces de espallación protónica del cromo-52, un isótopo especialmente interesante para rastrear procesos químicos galácticos.
Puede parecer un detalle técnico, pero no lo es. Sin esos datos resulta imposible traducir correctamente las observaciones realizadas por instrumentos espaciales en una historia fiable sobre la formación de los elementos de la galaxia. Y hay un detalle que sorprende incluso a los especialistas: hasta ahora nadie había conseguido realizar esta medición.
La dificultad del experimento no reside únicamente en la física. Según explica Ghosh, una muestra enriquecida de cromo-52 del tamaño aproximado de una tableta de chocolate tendría un coste cercano a los 150.000 dólares. Utilizar directamente ese material habría sido extremadamente caro.
La solución fue recurrir a una auténtica proeza de ingeniería nuclear. Los investigadores produjeron cromo-52 artificialmente mediante colisiones entre un haz de níquel-58 y un objetivo de carbono. Posteriormente generaron un flujo de núcleos con características similares a las de los rayos cósmicos reales. El procedimiento se desarrolló en tres fases fundamentales.
La solución fue recurrir a una auténtica proeza de ingeniería nuclear.
Primero, los aceleradores de partículas crearon el haz de cromo-52. Después, un objetivo de hidrógeno líquido reprodujo las condiciones que estos núcleos encuentran mientras atraviesan la galaxia. Finalmente, el espectrógrafo S800 registró los fragmentos producidos durante las colisiones. Durante 43 horas ininterrumpidas, los detectores recopilaron información sobre entre 50 y 60 isótopos distintos generados por estos impactos.
Cada uno de esos datos constituye una pieza del enorme rompecabezas que los científicos intentan reconstruir. Pero obtener los datos era solo el comienzo. Ahora comienza una etapa igualmente compleja: el análisis. Los investigadores calculan que necesitarán aproximadamente un año para procesar toda la información obtenida y convertirla en resultados científicos definitivos.
Los rayos cósmicos son mucho más que partículas energéticas vagando por el espacio. En realidad, funcionan como mensajeros procedentes de regiones remotas del universo. Al analizarlos, los científicos pueden reconstruir episodios de formación estelar, explosiones de supernovas e incluso procesos ocurridos hace millones de años.
Sin embargo, interpretar correctamente esos mensajes requiere conocer con precisión cómo se transforman los elementos durante el viaje. Aquí es donde este nuevo experimento adquiere una relevancia extraordinaria. Los datos obtenidos servirán para mejorar los modelos que describen la evolución química de la Vía Láctea, permitiendo distinguir con mayor exactitud qué elementos fueron creados en estrellas y cuáles aparecieron posteriormente debido a interacciones cósmicas.
Además, la investigación forma parte de un programa emergente impulsado conjuntamente por el Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA y la UMBC, centrado específicamente en estudiar reacciones nucleares inducidas por protones.
Durante años, este campo había recibido menos atención que otras áreas de la física nuclear. Sin embargo, los investigadores consideran ahora que estas reacciones son esenciales para interpretar correctamente las observaciones espaciales. Y las aplicaciones podrían ir más allá de la propia galaxia.
Los datos derivados de estos experimentos también podrían utilizarse para estudiar la composición superficial de planetas y otros cuerpos celestes sometidos al bombardeo constante de rayos cósmicos. Otro aspecto especialmente relevante es que los resultados apoyarán directamente a misiones científicas como ACE-CRIS y SuperTIGER, diseñadas para analizar la composición de los rayos cósmicos de alta energía. Pero hay una dimensión aún más profunda.
Los datos derivados de estos experimentos también podrían utilizarse para estudiar la composición superficial de planetas y otros cuerpos celestes sometidos al bombardeo constante de rayos cósmicos.
Cada mejora en estas mediciones nos acerca a comprender cómo se distribuyeron los elementos que hoy forman estrellas, planetas y seres vivos. En cierto modo, los científicos están descifrando la receta química que dio forma a nuestra propia existencia.
Como ha señalado Jorge Pereira, responsable de operaciones del espectrómetro magnético de FRIB, pocas instalaciones en el mundo permiten reproducir de forma controlada un fenómeno tan extraordinario: el viaje de partículas expulsadas por una estrella moribunda a través de toda una galaxia.
Es una imagen poderosa. Mientras observamos el cielo nocturno, miles de millones de partículas siguen cruzando silenciosamente el espacio interestelar. Algunas comenzaron su viaje antes incluso de que existiera la humanidad. Y ahora, gracias a un haz de cromo generado en laboratorio, los científicos están empezando a reconstruir la historia completa de ese viaje. Porque, a veces, para entender el universo basta con observar cómo se rompe un átomo.
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