El huracán Patricia, que azotó la costa oeste de México en 2015, fue el ciclón tropical más intenso jamás registrado en el hemisferio occidental. En medio de la extrema violencia de la tormenta, los científicos observaron algo nuevo: un haz descendente de positrones, la contraparte de la antimateriade electrones, creando una explosión de poderosos rayos gamma y rayos X.
Detectado por un instrumento a bordo del avión Hurricane Hunter de NOAA, que voló a través de la pared del ojo de la tormenta en su intensidad máxima, el haz de positrones no fue una sorpresa para los científicos de UC Santa Cruz que construyeron el instrumento. Pero fue la primera vez que alguienha observado este fenómeno
Según David Smith, profesor de física en la Universidad de California en Santa Cruz, el haz de positrones era el componente descendente de un destello de rayos gamma terrestres hacia arriba que enviaba una breve ráfaga de radiación al espacio sobre la tormenta. Destellos de rayos gamma terrestres Los TGF fueron vistos por primera vez en 1994 por detectores de rayos gamma basados en el espacio. Ocurren junto con rayos y ahora han sido observados miles de veces por satélites en órbita. Los modelos teóricos de TGF predijeron un haz de positrones inverso, pero nunca se había vistodetectado
"Esta es la primera confirmación de esa predicción teórica, y muestra que los TGF están perforando la atmósfera de arriba a abajo con radiación de alta energía", dijo Smith. "Este evento podría haberse detectado desde el espacio, como casi todos losotros informaron TGF, como un haz ascendente causado por una avalancha de electrones. Lo vimos desde abajo debido a un haz de antimateria positrones enviado en la dirección opuesta ".
Una implicación inesperada del estudio, publicado el 17 de mayo en el Revista de Investigación Geofísica: Atmósferas, es que muchos TGF podrían detectarse a través del haz de positrones inverso utilizando instrumentos terrestres a gran altura. No es necesario volar al ojo de un huracán.
"Lo detectamos a una altitud de 2.5 kilómetros, y calculé que nuestros detectores podrían haberlo visto a 1.5 kilómetros. Esa es la altitud de Denver, por lo que hay muchos lugares donde, en teoría, podría verlos si tuvieraun instrumento en el lugar correcto en el momento correcto durante una tormenta eléctrica ", dijo Smith.
A pesar de la confirmación del haz de positrones inverso, muchas preguntas siguen sin resolverse sobre los mecanismos que impulsan los TGF. Los campos eléctricos fuertes en las tormentas eléctricas pueden acelerar los electrones hasta cerca de la velocidad de la luz, y estos electrones "relativistas" emiten rayos gamma cuando se dispersanfuera de los átomos en la atmósfera. Los electrones también pueden eliminar otros electrones de los átomos y acelerarlos a altas energías, creando una avalancha de electrones relativistas. Un TGF, que es un destello extremadamente brillante de rayos gamma, requiere una gran cantidad deavalanchas de electrones relativistas.
"Es un evento extraordinario, y todavía no entendemos cómo se pone tan brillante", dijo Smith.
La fuente de los positrones, sin embargo, es un fenómeno bien conocido en física llamado producción de pares, en el que un rayo gamma interactúa con el núcleo de un átomo para crear un electrón y un positrón. Dado que tienen cargas opuestas, se aceleranen direcciones opuestas por el campo eléctrico de la tormenta eléctrica. Los positrones que se mueven hacia abajo producen rayos X y rayos gamma en su dirección de viaje cuando chocan con los núcleos atómicos, al igual que los electrones que se mueven hacia arriba.
"Lo que vimos en el avión son los rayos gamma producidos por el haz de positrones hacia abajo", dijo Smith.
El primer autor Gregory Bowers, ahora en el Laboratorio Nacional de Los Alamos, y la coautora Nicole Kelley, ahora en Swift Navigation, eran estudiantes graduados en UC Santa Cruz cuando trabajaron juntos en el instrumento que hizo la detección. El Detector aerotransportado para relámpagos energéticosEmisiones ADELE, la marca II fue diseñada para observar TGF de cerca midiendo rayos X y rayos gamma desde aviones volados hacia o por encima de tormentas eléctricas.
Acercarse demasiado a un TGF podría ser peligroso, aunque el riesgo disminuye rápidamente con la distancia desde la fuente. La dosis de rayos gamma a una distancia de un kilómetro sería insignificante, dijo Smith. "Es hipotéticamente un riesgo, pero ellas probabilidades son bastante pequeñas ", dijo." No les pido a los pilotos que vuelen con tormentas eléctricas, pero si van a ir de todos modos, pondré un instrumento a bordo ".
El grupo de Smith fue el primero en detectar un TGF desde un avión utilizando un instrumento anterior, la marca ADELE I. En ese caso, el haz ascendente del TGF se detectó por encima de una tormenta eléctrica. Para este estudio, la marca ADELE II voló a bordoHurricane Hunter WP-3D Orion de NOAA durante la temporada de huracanes en el Atlántico.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Cruz . Original escrito por Tim Stephens. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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