Vea También
 |
| Esta ilustración muestra cómo interactúan las ondas y las partículas: la amplitud de las ondas crece mientras la velocidad de las partículas disminuye debido a la dispersión. Crédito: A. Marcowith, A.J. van Marle e I. Plotnikov |
Los rayos cósmicos son partículas subnucleares cargadas que se mueven a una velocidad cercana a la de la luz y que llueven constantemente sobre la Tierra. Estas partículas son relativistas, según la definición de la relatividad especial de Albert Einstein, y consiguen generar un campo magnético que controla su movimiento dentro de la galaxia.
El gas del medio interestelar está compuesto por átomos, en su mayoría de hidrógeno, y en su mayoría ionizados, lo que significa que sus protones y electrones están separados. Mientras se mueven dentro de este gas, los rayos cósmicos ponen en marcha los protones de fondo, lo que provoca un movimiento colectivo de ondas de plasma similar a las ondas de un lago cuando se tira una piedra.
La gran pregunta es cómo los rayos cósmicos depositan su impulso en el plasma de fondo que compone el medio interestelar. En Physics of Plasmas, astrofísicos del plasma de Francia repasan los últimos avances en el campo del estudio de la inestabilidad de la corriente desencadenada por los rayos cósmicos en el plasma astrofísico y espacial.
"Los rayos cósmicos pueden ayudar a explicar aspectos de nuestra galaxia desde sus escalas más pequeñas, como los discos protoplanetarios y los planetas, hasta sus escalas más grandes, como los vientos galácticos", afirma Alexandre Marcowith, de la Universidad de Montpellier.
Hasta ahora, los rayos cósmicos se consideraban un poco aparte dentro de la "ecología" de las galaxias. Pero como la inestabilidad funciona bien y es más fuerte de lo esperado alrededor de las fuentes de rayos cósmicos, como los restos de supernovas y los púlsares, es probable que estas partículas tengan mucho más impacto en la dinámica galáctica y en el ciclo de formación estelar de lo que se sabía hasta ahora.
"Esto no es realmente una sorpresa, sino más bien un cambio de paradigma", dijo Marcowith. "En ciencia y astrofísica, todo está conectado".
Se sabe que las ondas de choque de las supernovas que expanden el medio interestelar/intergaláctico "aceleran los rayos cósmicos, y como éstos se alejan, pueden haber contribuido a generar las semillas de campo magnético necesarias para explicar las intensidades de campo magnético reales que observamos a nuestro alrededor", dijo Marcowith.
Después de que la amplitud de una onda de plasma se reduzca o amortigüe con el tiempo, como las generadas por una piedra arrojada a un lago, calienta el gas del plasma. Al mismo tiempo, ayuda a dispersar los rayos cósmicos.
Para que esto ocurra, las ondas necesitan longitudes de onda del mismo orden que el radio de giro de los rayos cósmicos. Los rayos cósmicos poseen un movimiento helicoidal (en espiral) alrededor del campo magnético, y su radio se llama radio de Larmor.
"Digamos que usted conduce un coche por una carretera sinuosa. Si la longitud de onda es del mismo orden que el tamaño de tu rueda, será difícil conducir", explica Marcowith.
Los rayos cósmicos son fuertemente dispersados por estas ondas, y la principal inestabilidad en el origen de estas perturbaciones (ondas) es la inestabilidad de flujo asociada al movimiento de flujo colectivo de los rayos cósmicos.
"Hay varios campos de investigación en astrofísica que utilizan técnicas numéricas similares para investigar el impacto de esta inestabilidad de flujo en diferentes contextos astrofísicos, como los remanentes de supernovas y los chorros", explica Marcowith. "Esta inestabilidad y la turbulencia que crea pueden ser el origen de muchos fenómenos astrofísicos, y muestra cómo los rayos cósmicos desempeñan un papel en el gran circo de nuestra Vía Láctea".
Fuentes, créditos y referencias:
"The cosmic-ray-driven streaming instability in astrophysical and space plasmas" Physics of Plasmas, aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0013662