Explican la formación de anillos de radiación inusuales en el espacio

Científicos espaciales de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), en Estados Unidos, han modelado con éxito y explicado el comportamiento sin precedentes de un inusual anillo de radiación en el espacio, mostrando que las partículas extremadamente energéticas que lo componían, conocidas como electrones ultrarelativistas, son impulsadas por procesos físicos muy diferentes de los típicamente observados en las partículas de los cinturones de radiación descubiertos por Van Allen.

La región que ocupan los cinturones, que van desde unos 1.000 a 50.000 kilómetros sobre la superficie de la Tierra, está llena de electrones tan energéticos que se mueven cerca de la velocidad de la luz, según revelan estos expertos en su artículo, que publica este domingo 'Nature Physics'.

Desde el descubrimiento de los cinturones de radiación de Van Allen, en 1958, los científicos espaciales han creído que estos cinturones que rodean la Tierra consisten en dos anillos en forma de rosquilla de partículas altamente cargadas: un anillo interno de electrones de alta energía e iones positivos energéticos y un anillo exterior de electrones de alta energía. El hallazgo de estos cinturones de radiación de la Tierra fue posible gracias al 'Explorer I', el primer satélite de Estados Unidos que viajó al espacio.

En febrero de este año, un equipo de científicos informó del sorprendente descubrimiento de un tercer anillo de radiación desconocida, un camino angosto que apareció brevemente entre los anillos interior y exterior en septiembre de 2012 y se mantuvo durante un mes. Esta nueva investigación detalla datos de este tercer cinturón.

"En el pasado, los científicos pensaban que todos los electrones en los cinturones de radiación alrededor de la Tierra obedecieron a la misma física", explicó Yuri Shprits, geofísico investigador del Departamento de Tierra y Ciencias del Espacio UCLA y director del estudio. "Estamos descubriendo ahora que los cinturones de radiación consisten en diferentes poblaciones que son impulsadas por muy diversos procesos", añadió.

Los cinturones de Van Allen pueden suponer un grave peligro para los satélites y las naves espaciales, con peligros que van desde anomalías menores a la falta completa de satélites críticos. Según Shprits, profesor asociado en el Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo, en Rusia, señala que es fundamental comprender mejor la radiación en el espacio para proteger a las personas y los equipos.

Los electrones ultrarelativistas, que constituyeron el tercer anillo y están presentes tanto en los cinturones exteriores como interiores, son especialmente peligrosos y pueden penetrar a través de la protección de los satélites más protegidos y más valiosos en el espacio, alertaron Shprits y Adam Kellerman, investigador asociado en el grupo de Shprits. "Su velocidad está muy cerca de la velocidad de la luz y la energía de su movimiento es varias veces mayor que la energía contenida en la masa cuando están en reposo", subrayó Kellerman.

La distinción entre el comportamiento de los electrones ultrarelativistas y los de energías más bajas fue clave para este estudio. Shprits y su equipo encontraron que el 1 de septiembre de 2012, las ondas de plasma producidas por iones que normalmente no afectan a electrones energéticos sacó electrones ultrarelativistas casi hasta el borde interior del cinturón exterior. "Sólo un estrecho anillo de electrones ultrarelativistas sobrevivió a la tormenta. Este remanente formó el tercer anillo", anunció.

Después de la tormenta, una burbuja de plasma frío alrededor de la Tierra se expandió para proteger a las partículas en el anillo estrecho de ondas de iones, permitiendo al anillo persistir. El equipo de Shprits también encontró que las pulsaciones electromagnéticas de muy baja frecuencia que se creían que eran dominantes en la aceleración y la pérdida de electrones del cinturón de radiación no influyeron en los electrones ultrarelativistas.

"Los cinturones de radiación de Van Allen ya no pueden ser considerados como una masa coherente de electrones. Se comportan de acuerdo con sus energías y reaccionan de diversas maneras a las perturbaciones en el espacio", argumentó Shprits, quien fue honrado por el presidente norteamericano Barack Obama el pasado julio con un Premio Presidencial a la Carrera Temprana para Científicos e Ingenieros.

"Las partículas ultrarelativistas se mueven muy rápido no pueden estar en la frecuencia correcta con olas cuando están cerca del plano ecuatorial", dijo Ksenia Orlova, investigador postdoctoral en el grupo de Shprits en UCLA, financiado por la beca Jack Eddy de la NASA. "Esta es la razón principal por la que la aceleración y la dispersión en la atmósfera de electrones ultra- relativistas por estas ondas es menos eficiente", destacó.

"Este estudio muestra que las poblaciones de partículas existentes en el espacio completamente diferentes que cambian en distintas escalas de tiempo son impulsadas por diferentes físicas y muestran estructuras espaciales muy diversas", resumió Shprits.

El equipo realizó simulaciones con un modelo de los cinturones de radiación de la Tierra para el periodo comprendido entre finales de agosto de 2012 hasta principios de octubre de 2012. Se hicieron utilizando la física de electrones ultrarelativistas y las condiciones meteorológicas espaciales controladas por estaciones terrestres, acompañadas de las observaciones de la misión Van Allen de sondas de la NASA, lo que confirma la teoría del equipo sobre el nuevo anillo.

"Hay una concordancia notable entre nuestro modelo y las observaciones, tanto que abarca una amplia variedad de energías", dijo Dmitriy Subbotin, estudiante graduado de UCLA y actual personal investigador asociado. "Creo que, con este estudio, hemos descubierto la punta del iceberg --agregó Shprits--. Todavía tenemos que comprender cómo se aceleran los electrones, dónde se originan y cómo la dinámica de los cinturones es diferente para tormentas distintas".



Fuente


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