Astrofísicos revelan por qué los rayos cósmicos serían la pieza clave para entender la dinámica galáctica

Astrofísicos del plasma repasan en la revista Physics of Plasmas los últimos avances en el campo del estudio de la inestabilidad de la corriente desencadenada por los rayos cósmicos, que probablemente tienen más repercusiones en la dinámica galáctica y en el ciclo de formación estelar de lo que se sabía hasta ahora, y apuntan a que estos pueden ser la clave para entender lo que ocurre en la Vía Láctea.

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.

Mientras se mueven dentro del gas, 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. Los astrofísicos del plasma de Francia revisaron los recientes avances en el campo del estudio de la inestabilidad de la corriente desencadenada por los rayos cósmicos dentro del 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”, afirmó 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 el momento.

“Esto no es realmente una sorpresa, sino más bien un cambio de paradigma. En ciencia y astrofísica todo está conectado”, señaló Marcowith. Se sabe que las ondas de choque de las supernovas que expanden el medio interestelar/intergaláctico “aceleran los rayos cósmicos, y como estos 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”, añadió 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 alrededor del campo magnético, y su radio se llama radio de Larmor.

Los rayos cósmicos son dispersados con fuerza por estas ondas, y la principal inestabilidad en el origen de estas perturbaciones 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. 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”, concluyó Marcowith.