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H2020

MAtISSE — Resultado resumido

Project ID: 707543
Financiado con arreglo a: H2020-EU.1.3.2.
País: Italia
Dominio: Espacio, Investigación fundamental, Cambio climático y medio ambiente

Un nuevo estudio desvela el comportamiento de los rayos cósmicos en la heliosfera

Investigadores financiados con fondos europeos han contribuido a una mejor comprensión del proceso que describe la influencia del Sol en los rayos cósmicos, lo que podría tener repercusiones revolucionarias para la astrofísica de altas energías y la ciencia solar.
Un nuevo estudio desvela el comportamiento de los rayos cósmicos en la heliosfera
Los rayos cósmicos, descubiertos en 1912 por el físico Victor Hess tras un vuelo en globo a gran altitud, bombardean de manera incesante la atmósfera de la Tierra, lo que produce lluvias de partículas secundarias que, incluso, alcanzan en ocasiones la superficie terrestre. Este tipo de rayos están formados principalmente por partículas de alta energía como protones o electrones. Gracias a la medición exhaustiva y continua de rayos cósmicos, los investigadores ahora pueden observar que el flujo de rayos cósmicos cambia en escalas de tiempo relativamente cortas.

Lo que el viento solar se llevó

Al atravesar la heliosfera —una región del espacio en forma de burbuja que se encuentra bajo la influencia del Sol y que abarca todo nuestro sistema solar—, los rayos cósmicos son desviados y desacelerados por el campo magnético turbulento del Sol y el viento solar que emana del astro rey. El campo magnético del Sol constituye un escudo integrado que reduce el flujo de rayos cósmicos que llega a la Tierra.

«Sin embargo, este escudo no es estático, sino que cambia periódicamente cada once años como consecuencia de la variación en el ciclo de actividad magnética del Sol. El cambio perceptible en el flujo de rayos cósmicos con la actividad magnética del Sol se conoce como modulación solar del flujo de rayos cósmicos que llega a la Tierra», señala la profesora Bruna Bertucci, coordinadora del proyecto MAtISSE, una Acción Individual Marie Skłodowska-Curie financiada con fondos europeos.

Los investigadores modelizaron la modulación solar para comprender mejor el proceso por el cual la actividad cambiante del Sol influye en el flujo de rayos cósmicos que llega a la Tierra.

Superación de limitaciones

Los investigadores han dedicado mucho tiempo y esfuerzo a establecer un marco general en pos de interpretar los diferentes tipos de datos que, normalmente, se analizan por separado en física. «Creemos que el progreso en el campo de la modulación solar depende primordialmente de la combinación de conocimientos de áreas diversas. Las diferentes actividades de estudio incluyen mediciones directas de partículas de alta energía tomadas en el espacio, tasas de conteo de monitores de neutrones en tierra y observaciones de la actividad magnética del Sol recopiladas por sondas espaciales u observatorios solares», enfatiza la profesora Bertucci.

Durante mucho tiempo, el estudio de la modulación solar se ha visto limitado por la escasez de datos sobre los rayos cósmicos. «En la actualidad, el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) —un módulo experimental de física de partículas instalado en la Estación Espacial Internacional— que ha estado detectando el impacto de rayos cósmicos durante los últimos siete años, ofrece a los científicos la oportunidad de realizar avances sustanciales en este campo», comenta la profesora Bertucci.

Los datos del AMS son muy valiosos porque miden con precisión el comportamiento de todos los tipos diferentes de rayos cósmicos a lo largo de un amplio intervalo de energía y durante un largo período de tiempo. Antes de su instalación, los científicos dependían de conjuntos de datos de unos pocos tipos de partículas que adolecían de tasas de error más altas y un menor intervalo energético o temporal, o ambos.

Comportamientos complejos dependientes del tiempo

Gracias a la colaboración con científicos que trabajan con el AMS, MAtISSE ha contribuido a la cuantificación de las variaciones temporales de los flujos de protones, helio, electrones y positrones en los rayos cósmicos. Los investigadores han demostrado que la densidad del flujo de protones y helio que llega a la Tierra cada mes aumenta cuando la actividad solar es menor (un resultado similar a lo observado tras el máximo solar de 2014).

Si los resultados se consideran a una escala de tiempo anual, la relación entre los flujos de protones y los flujos de helio muestra una relación significativa a largo plazo. Este comportamiento sorprendente proporciona información sobre las propiedades fundamentales del transporte de rayos cósmicos en la heliosfera y, actualmente, se está investigado en más detalle.

Protección frente a los rayos cósmicos

La modelización de los procesos de transporte básicos que tienen lugar en la heliosfera permitió a los investigadores examinar el lapso de tiempo entre los cambios en la actividad solar y los cambios correspondientes en el flujo de rayos cósmicos detectados en el espacio. A continuación, compararon los resultados de su modelo de modulación de rayos cósmicos con la gran colección de observaciones de flujos de rayos cósmicos protónicos a lo largo del tiempo. Esto les ayudó a demostrar que el mejor ajuste a los datos se produce con un retraso de ocho meses entre el ciclo solar y la variación del flujo de rayos cósmicos.

Los hallazgos del proyecto tienen una gran importancia, ya que el conocimiento de la actividad solar anual podría permitir predecir con precisión la modulación solar que ocurrirá en ocho meses. «En las misiones tripuladas, la exposición a la radiación cósmica representa un importante factor de riesgo que debe abordarse de manera cuantitativa. Si este modelo es correcto, nos permitirá planificar misiones espaciales interplanetarias más seguras en el futuro», concluye la profesora Bertucci.

Palabras clave

MAtISSE, rayos cósmicos, flujo de rayos cósmicos, modulación solar, heliosfera, Espectrómetro Magnético Alfa (AMS), actividad solar, viento solar, astrofísica de altas energías, ciencia solar
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