La misión Firefly estudiará los destellos de rayos gamma terrestres

Las explosiones de rayos gamma de alta energía generalmente ocurren en la lejanía del espacio exterior, tal vez cerca de los agujeros negros o de otros fenómenos cósmicos de alta energía. Así que imagine la sorpresa de los científicos, a mediados de la década de 1990, cuando encontraron estos poderosos destellos de rayos gamma que provenían de nuestra propia Tierra, del cielo justo arriba de nosotros.

Concepto artístico de los DRGT. Crédito: NASA/Robert Kilgore [Más información]

Se los llama Destellos de Rayos Gamma Terrestres o DRGT, por su sigla en idioma español (TGF, por su sigla en idioma inglés), y se conoce muy poco sobre ellos. Al parecer, tienen cierta conexión con los relámpagos, pero los Destellos de Rayos Gamma Terrestres en sí son algo totalmente diferente.

"De hecho", dice Doug Rowland, del Centro Goddard para Vuelos Espaciales, de la NASA, "antes de los '90 nadie sabía siquiera que existían. Y, sin embargo, son los aceleradores de partículas más potentes que hay en la Tierra".

Las partículas individuales de los DRGT adquieren una enorme cantidad de energía, algunas veces el exceso llega a ser de hasta 20 mega electronvoltios (MeV). En contraste, las coloridas auroras boreales que iluminan los cielos de las altas latitudes son producidas por partículas con una energía menor que una milésima de dicha energía.

En este momento, hay más preguntas sobre los DRGT que respuestas. ¿Qué es lo que causa estos destellos de alta energía? ¿Acaso los DRGT ayudan a provocar los relámpagos, o son los relámpagos los que provocan los DRGT? ¿Podrían ser éstos responsables de algunas de las partículas de alta energía en los cinturones de radiación de Van Allen, las cuales pueden causar daños a los satélites?

Para investigar esto, Rowland y sus colegas en el GSFC, en la Universidad Siena, en la Asociación de Universidades de Investigación Espacial y en el Instituto Hawk de Ciencias del Espacio están planeando enviar, en 2010 o 2011, un pequeño satélite, del tamaño de un balón de fútbol, llamado Firefly (Luciérnaga, en idioma español). Debido a su pequeño tamaño, Firefly costará menos de 1 millón de dólares (cerca de 100 veces más barato de lo que cuestan normalmente las misiones de satélites). Parte del ahorro en su costo se debe a que Firefly será lanzado de acuerdo con lo dispuesto por el programa CubeSat, de la Fundación Nacional de Ciencia (National Science Foundation, en idioma inglés), en virtud del cual se envían pequeños satélites como "polizones" a bordo de cohetes que transportan satélites más grandes hacia el espacio, en lugar de llevar a cabo lanzamientos de cohetes especialmente realizados para ellos.

Concepto artístico de Firefly en su búsqueda de DRGTs por encima de una tormenta. Firefly realizará mediciones simultáneas de electrones energéticos, de rayos gamma y de las huellas en óptico y de radio de las descargas eléctricas. [Más información]

Si llega a tener éxito, Firefly enviará de regreso las primeras mediciones simultáneas de DRGTs y relámpagos. La mayoría de lo que se sabe sobre los DRGT hasta la fecha ha sido a través de misiones dedicadas a observar rayos gamma que provienen del espacio profundo, tales como el Observatorio Compton de Rayos Gamma, de la NASA, el cual descubrió los DRGT en 1994. Mientras contemplaba el espacio exterior, Compton alcanzó a vislumbrar rayos gamma con el rabo del ojo, por así decirlo. Los poderosos destellos venían (¡sorpresa!) de la atmósfera de la Tierra.

Datos posteriores proporcionados por Compton y otros telescopios espaciales han ofrecido un esquema tentadoramente incompleto de cómo ocurren los DRGT:

En el cielo, por encima de alguna tormenta eléctrica, los poderosos campos eléctricos generados por dicha tormenta se extienden hacia arriba por varios kilómetros en la atmósfera superior. Estos campos eléctricos aceleran a los electrones libres, llevándolos a velocidades muy cercanas a la de la luz. Cuando estos electrones ultra rápidos colisionan con las moléculas del aire, se liberan rayos gamma de alta energía y también más electrones, formándose de este modo una cascada de colisiones y tal vez más DRGTs.

A simple vista, un DRGT probablemente no parecería ser mucho. A diferencia de los relámpagos, la mayor parte de la energía de los DRGT se libera en forma de rayos gamma invisibles, no en forma de luz visible. Estos no producen explosiones coloridas o luces como otros fenómenos relacionados con los relámpagos. Sin embargo, estas erupciones invisibles podrían explicar por qué ocurren los brillantes rayos.

Un viejo misterio sobre los relámpagos es cómo se inicia un rayo de tormenta. Los científicos saben que la turbulencia dentro de las nubes separa las cargas eléctricas, generando de este modo enormes voltajes. Pero el voltaje necesario para ionizar al aire y generar una chispa es aproximadamente 10 veces mayor que el voltaje que generalmente se encuentra dentro de las nubes de las tormentas.

"Sabemos cómo se cargan las nubes", afirma Rowland, "lo que no sabemos es cómo se descargan. Y ese es el misterio".

Los DRGT podrían proporcionar dicha chispa. Al generar un repentino flujo de electrones, los DRGT podrían ayudar a que se generen los rayos, sugiere Rowland. "Tal vez este fenómeno es la razón por la que tenemos relámpagos", comenta.

Si esto es así, debería haber más DRGTs por día de los que actualmente conocemos. Las observaciones llevadas a cabo por Compton y otros telescopios espaciales indican que podría haber menos de 100 DRGTs en el mundo cada día. Los rayos se producen millones de veces al día en el mundo. La diferencia es grande.

Pero, una vez más, Compton y los otros telescopios espaciales anteriores a Firefly en verdad no estaban buscando directamente los DRGT. Así que tal vez no es soprendente que no hayan encontrado muchos. Firefly buscará específicamente destellos de rayos gamma que provienen de nuestra atmósfera, no del espacio, llevando a cabo así la primera búsqueda enfocada a la actividad de los DRGT. Los sensores de Firefly serán capaces incluso de detectar los destellos que son generalmente oscurecidos por el aire intermedio, el cual absorbe de manera eficiente los rayos gamma (lo que protege a la gente sobre la superficie de la Tierra de la energía de estos destellos). La búsqueda que realizará Firefly proporcionará a los científicos una mejor estimación de la cantidad de DRGTs en todo el mundo y ayudará a determinar si su relación con los relámpagos es real.

Firefly --Portal de la misión (NASA)

Fuente: Ciencia@NASA