L'astronomia de raigs còsmics és una branca de l'astronomia observacional on els científics intenten identificar i estudiar les fonts potencials de partícules carregades d'energia extremadament alta (des d'1 MeV fins a més d'1 EeV) anomenades raigs còsmics procedents de l'espai exterior. Aquestes partícules, que inclouen protons (nucli d'hidrogen), electrons, positrons i nuclis atòmics (principalment d'heli, però potencialment de tots els elements químics), viatgen per l'espai gairebé a la velocitat de la llum (com les partícules d'ultra-alta energia batejades com a "Partícules Oh-My-God") i proporcionar informació valuosa sobre els processos més energètics de l'univers. A diferència d'altres branques de l'astronomia observacional, es basa exclusivament en partícules carregades com a portadores d'informació.
Mètodes de detecció miniatura|180x180px|L'observatori Pierre Auger en Argentina és un dels més extensos del món. Els astrònoms utilitzen detectors terrestres, globus d'investigació d'alta altitud, satèl·lits artificials i altres mètodes per detectar raigs còsmics. Els detectors terrestres, sovint repartits per grans àrees (per exemple, l'Observatori Pierre Auger és un conjunt de detectors repartits per 3.000 quilòmetres quadrats), identifiquen i analitzen les partícules secundàries (electrons, positrons, fotons, muons, etc.) produïdes en una reacció en cadena d'interaccions de partícules desencadenada per la col·lisió dels raigs còsmics i l'atmosfera terrestre. Les propietats de la partícula de raigs còsmics original, com ara la direcció d'arribada i l'energia, es dedueixen de les propietats mesurades de la garba, que és la cascada de partícules secundàries que cauen simultàniament a través de l'atmosfera. Hi ha dos tipus de detectors terrestres: les matrius de detectors de superfície analitzen la pluja de partícules a una altitud única, mentre que els detectors de fluorescència d'aire registren el desenvolupament de la pluja a l'atmosfera, basant-se en les interaccions de les partícules de la garba amb les molècules de nitrogen de l'atmosfera. Els detectors "híbrids" moderns, com l'Observatori Pierre Auger a l'Argentina i el Gran Observatori de Pluja d'Aire a Gran Altitud a Sichuan, Xina, aprofiten la naturalesa complementària d'aquests dos. A més, els globus científics (com el que s'utilitza en l'Experimentació d'Energètica de Raigs Còsmics i de Masses) i satèl·lits (com ara el telescopi DAMPE-Dark Matter Particle Explorer xinès) també poden ser emprats per la guaita de raigs còsmics purs a grans altituds i fora de l'atmosfera.
Beneficis Mitjançant l'estudi de l'energia, la direcció i la composició dels raigs còsmics, els científics poden descobrir les fonts i els mecanismes d'acceleració darrere d'aquestes partícules, que revelen processos astrofísics com ara explosions de supernoves, acreció de forats negres i camps magnètics galàctics. Les observacions dels raigs còsmics van conduir al descobriment de partícules subatòmiques més enllà del protó, el neutró i l'electró, incloent-hi el positró i el muó, establint les bases per a la física de partícules moderna. Revela els processos nucleosintètics que condueixen a l'origen dels elements. En mesurar els raigs còsmics, els científics van descobrir la presència de camps magnètics i radiació al Sistema Solar. Alguns raigs còsmics s'originen més enllà del Sistema Solar o galàxia, cosa que permet als científics estimar la quantitat i la composició de la matèria a l'univers, proporcionant informació crucial sobre la seva composició. Els raigs còsmics es generen en entorns astrofísics extrems com ara explosions d'estrelles, forats negres i col·lisions galàctiques, i proporcionen una finestra excepcional a aquests processos. Els raigs còsmics energètics poden interactuar amb objectes que viatgen per l'espai, alterant la seva composició isotòpica. Estudiant aquests isòtops en meteorits, els científics poden determinar quan es van formar i van caure a la Terra, proporcionant informació sobre la història del Sistema Solar. Els raigs còsmics tenen aplicacions pràctiques, com ara el control de la humitat del sòl per a l'agricultura i les pràctiques de reg i la datació per carboni-14, que ajuda a determinar l'edat dels artefactes arqueològics i les formacions geològiques.
Història miniatura|255x255px|L'astrònom Victor Hess primer descobridor de raigs còsmics en 1912 amb globus aerostàtics. Les fites històriques en l'astronomia dels raigs còsmics inclouen el descobriment dels raigs còsmics per part de Victor Hess durant els vols en globus el 1912; la identificació de noves partícules subatòmiques com el positró i el muó a la dècada del 1930, ampliant la nostra comprensió de la física de partícules; el descobriment de Pierre Victor Auger d'extenses garbes de radiació provinents de col·lisions de raigs còsmics en l'atmosfera alta; detectors en el sòl o subsol que mesuren el fluix de rajos còsmics en les dècades de 1940 i 1950; l'establiment de l'observatori de raigs còsmics Volcano Ranch en la dècada de 1960, amb experiments dissenyats a gran escala; el descobriment de l'anisotropia de raigs còsmics (el fet que els raigs còsmics no hi arriben uniformement des de cada regió de la volta celeste) en la dècada de 1960, desvetllant variacions en fluix i direcció; l'aparició de telescopis de raigs gamma d'alta energia a les dècades del 1980 i del 1990, que van permetre observacions de raigs gamma produïts per interaccions de raigs còsmics; l'arribada de detectors espacials com l'AMS-02 a l'Estació Espacial Internacional a la dècada del 2000, que van proporcionar informació des de l'espai; i el recent progrés en astronomia multi-missatger en la dècada de 2010, integrant la guaita de raigs còsmics amb altres senyals astrofísics per a una visió més completa dels fenòmens còsmics.
Futur Amb els avenços tecnològics i el desenvolupament de sistemes de detecció més sensibles, els astrònoms preveuen fer nous descobriments sobre les fonts, els mecanismes d'acceleració i la propagació dels raigs còsmics. Aquests coneixements contribuiran a una comprensió més profunda de la física subjacent que regeix el cosmos. Els futurs observatoris de raigs còsmics, com el Cherenkov Telescope Array, utilitzaran tècniques avançades per detectar els raigs gamma produïts per les interaccions de raigs còsmics a l'atmosfera terrestre. Com que aquests raigs gamma seran el mitjà més sensible per estudiar els raigs còsmics a prop de la seva font, aquests observatoris permetran als astrònoms estudiar els raigs còsmics amb una precisió sense precedents. L'astronomia dels raigs còsmics té dificultats per identificar les fonts exactes dels raigs còsmics, ja que les partícules carregades són desviades pels camps magnètics de l'espai i, com a resultat, traçar les trajectòries dels raigs còsmics fins als seus orígens requereix tècniques de modelització sofisticades i observacions multimissatger per inferir les ubicacions de les seves fonts. A més, a causa de la naturalesa d'alta energia d'aquests raigs, la necessitat d'una exposició a tot el cel, La minimització de la deflexió per camps magnètics i l'eliminació del fons de fonts llunyanes presenten reptes tècnics.
Referències
Categoria:Astronomia