Es uno de los problemas abiertos más relevantes de la astrofísica contemporánea: el origen de los rayos cósmicos, partículas de alta energía que llegan constantemente a la Tierra. Tradicionalmente atribuidas a las ondas de choque que se generan en las explosiones de supernovas -como lo planteó Enrico Fermi en la década de 1950-, nuevas observaciones han puesto en duda que se trate de su única fuente.
Este es uno de los enigmas que busca desentrañar una nueva investigación del profesor del Departamento de Física de la FCFM de la Universidad de Chile, Dr. Mario Riquelme, adjudicada en el último concurso Fondecyt Regular de la Agencia Nacional de Investigación y Desarrollo (ANID). “El paradigma principal ha sido que los rayos cósmicos provienen de remanentes de supernova, pero los telescopios de rayos gamma no han logrado explicar completamente este fenómeno”, explica el profesor Riquelme. “Si bien se observa aceleración de partículas en esos entornos, no es suficiente para dar cuenta de todos los rayos cósmicos que detectamos”, agrega.
Frente a este escenario, el proyecto explorará nuevos mecanismos de aceleración de partículas en ambientes extremos, como los discos de acreción en torno a agujeros negros y la corona solar. En estos sistemas, procesos no térmicos como la reconexión magnética -donde la energía de los campos magnéticos se libera de manera violenta- podrían jugar un rol clave.
“En el caso de los agujeros negros, estudiamos cómo el material que cae hacia ellos se vuelve extremadamente energético y puede acelerar partículas. En el Sol, fenómenos como la reconexión magnética también son capaces de transferir grandes cantidades de energía”, explica el académico.
La investigación combinará simulaciones numéricas de plasma, modelos teóricos y observaciones de rayos gamma, incluyendo el análisis de la variabilidad de estas emisiones para identificar su origen. En este contexto, Riquelme destaca el papel estratégico de Chile en la astronomía de altas energías: “Los próximos telescopios de rayos gamma, como CTAO y SWGO, serán fundamentales para avanzar en este problema y posicionan a Chile en la frontera de esta área de investigación”.
Más allá de su relevancia para el avance de la ciencia fundamental, el estudio tiene proyecciones en otras áreas. “La física de plasmas que utilizamos para entender estos fenómenos es la misma que se necesita para abordar desafíos como la fusión nuclear”, explica el profesor Mario Riquelme. “El problema se reduce a cómo las partículas cargadas interactúan con campos eléctricos y magnéticos”.
No es todo, porque estos procesos también son clave para comprender el clima espacial y sus efectos en la Tierra, así como en futuras misiones interplanetarias: “La radiación de partículas energéticas es un problema para viajes, por ejemplo a Marte, y también puede afectar las telecomunicaciones”, detalla el académico.
El proyecto, de cuatro años de duración, no solo busca responder a una pregunta fundamental de la naturaleza del universo, sino también aportar al conocimiento en áreas donde la comprensión de los plasmas y de los fenómenos energéticos resulta crucial. “La astrofísica funciona como un gran laboratorio natural, donde podemos estudiar procesos que luego tienen aplicaciones en distintos ámbitos de la ciencia y la tecnología”, concluye Mario Riquelme.