Vimos que estos rayos cósmicos superan el límite de GZK, un límite energético teórico que aparece debido a la interacción de partículas con el fondo cósmico de microondas. Para que un evento muy energético (alrededor de 10^20 eV) de lugar a partículas que llegan a nuestra atmósfera con una energía tan grande, éste ha de estar a una distancia menor de unos 100 Mpc. Asumiendo una distribución uniforme de fuentes ("universal hypothesis"), el espectro de rayos cósmicos esperados sería el que muestra la línea azul:
En la gráfica el límite GZK se ve claramente y también se ve que se dan eventos por encima de él. Además, la distribución de estos eventos es uniforme en el cielo, mientras que la distribución de materia en un radio menor de 100 Mpc no lo es. Las hipótesis para la naturaleza de estos eventos se pueden clasificar en dos grupos:
Hipótesis convencionales de aceleración. Estas asumen que los rayos cósmicos ultra-energéticos son producidos por partículas que entran en nuestra atmósfera tras haber sido aceleradas por mecanismos astrofísicos. Manteniendo la condición de la isotropía y homogeneidad de las fuentes observada y a su vez la observación de la falta de isotropía y homogeneidad por debajo de 100 Mpc, las únicas partículas que pueden viajar desde tan lejos sin interactuar con el fondo cósmico de microondas son los neutrinos. Como fuentes de aceleración se barajan básicamente cuásares lejanos. La determinación del espectro exácto de las signaturas de los rayos cósmicos ultra-energéticos permitiría saber si de hecho están compuestos primordialmente por neutrinos.
Hipótesis de no-aceleración. Aquí la idea fundamental es la existencia de una partícula supermasiva (partícula X) que queda fuera del modelo estándar de partículas. Estas podrían ser generadas por defectos topológicos reliquia del universo muy temprano. Estas partículas decan en quarks que forman hadrones muy energéticos que dan lugar a los rayos cósmicos. Igual que antes, la determinación del espectro exácto de las signaturas de los rayos cósmicos ultra-energéticos permitiría saber si de hecho están compuestos primordialmente por este tipo de partículas y son resultado del decaimiento de una partícula X. El espectro producido por este tipo de eventos sería especialmente característico y plano en la gráfica mostrada arriba. Si la valoración estadística muestra que el espectro se ajusta a este tipo de eventos, se abriría la puerta para probar teorías más allá del modelo estándar de partículas y con ello también teorías cuánticas de la gravitación.
La información para este artículo proviene del siguiente papel del observatorio Pierre Auger: Survey of the Pierre Auger Observatory. Nuestra serie de artículos sobre experimentos de la gravitación cuántica continuará con otra categoría de la lista descrita aquí.
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