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Destellos de rayos gamma terrestres: ¿Son más comunes que lo que se pensaba?

 

31 de diciembre de 2014: Todos los días, las tormentas eléctricas alrededor del mundo producen aproximadamente mil rápidos estallidos de rayos gamma, una luz de muy alta energía que se encuentra de manera natural en la Tierra. Mediante la combinación de los registros de eventos observados por el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma (Fermi Gamma-ray Space Telescope, en idioma inglés), de la NASA, con datos de radares terrestres y detectores de rayos, los científicos han finalizado el análisis más detallado hasta la fecha de los tipos de tormentas que están involucrados.

“Notablemente, hemos descubierto que cualquier tormenta puede producir rayos gamma, incluso aquellas que parecen ser tan débiles que no merecen la atención de un meteorólogo”, dijo Themis Chronis, quien dirigió la investigación en la Universidad de Alabama en Huntsville (University of Alabama in Huntsville o UAH, por su acrónimo en idioma inglés).

Las nuevas investigaciones, que fusionan los datos aportados por el telescopio Fermi con información proporcionada por radares en tierra y redes detectoras de rayos, muestran que los destellos de rayos gamma terrestres surgen de una inesperada diversidad de tormentas y pueden llegar a ser más comunes que lo que se pensaba. Reproducir el video, en idioma inglés (insert link) Las imágenes que se muestran arriba, de izquierda a derecha) fueron tomadas el 6 y 7 de junio y el 1 de noviembre, respectivamente.

Los estallidos, llamados Destellos de Rayos Gamma Terrestres (Terrestrial Gamma-ray Flashes o TGFs, por su sigla en idioma inglés), fueron descubiertos en 1992 por el Observatorio Compton de Rayos Gamma, de la NASA, que funcionó hasta el año 2000. Los TGF se producen de manera impredecible y fugaz, con duración de menos de una milésima de segundo, y siguen siendo fenómenos poco comprendidos.

A fines del año 2012, los científicos del telescopio Fermi emplearon nuevas técnicas que efectivamente actualizaron el Monitor de Destellos de Rayos Gamma (Gamma-ray Burst Monitor o GBM, por su sigla en idioma inglés) del satélite, haciéndolo así 10 veces más sensible a los TGF y permitiendo que registre eventos débiles que antes pasaban desapercibidos.

“Como resultado de nuestro mayor número de descubrimientos, pudimos mostrar que la mayoría de los TGF también generan fuertes ráfagas de ondas de radio como las que producen los relámpagos”, señaló Michael Briggs, quien es el Subdirector del Centro de Plasma Espacial e Investigación Aeronómica (Center for Space Plasma and Aeronomic Research, en idioma inglés), en la UAH, y miembro del equipo del GBM.

Previamente, las posiciones de los TGF se podían estimar tomando como base la ubicación del telescopio Fermi en el momento del evento. El GBM puede detectar destellos dentro de aproximadamente 800 kilómetros (500 millas), pero esto es demasiado impreciso como para asociar de manera definitiva un TGF con una tormenta específica.

Las redes de detección de rayos terrestres usan datos de radio para localizar los lugares donde caen. El descubrimiento de señales similares provenientes de los TGF significó que los científicos podían usar las redes para determinar qué tormentas producen destellos de rayos gamma, abriendo la puerta de este modo a una comprensión más profunda de la meteorología que genera estos eventos extremos.

Chronis, Briggs y sus colegas buscaron entre 2.279 TGFs detectados por el GBM del telescopio Fermi con el fin de obtener una muestra de casi 900 eventos localizados con exactitud por la Red Total de Ubicación de Rayos (Total Lightning Network, en idioma inglés), la cual es operada por Earth Networks, en Germantown, Maryland, y la Red Mundial de Localización de Rayos (World Wide Lightning Location Network, en idioma inglés), que colaboran en la investigación bajo la dirección de la Universidad de Washington, en Seattle. Estos sistemas pueden precisar la ubicación de las descargas de rayos (y las señales correspondientes de los TGF) a una distancia de 10 kilómetros (6 millas) en cualquier parte del mundo.

De este grupo, el equipo identificó 24 TGFs ocurridos dentro de las áreas cubiertas por el Radar Meteorológico de Nueva Generación (Next Generation Weather Radar o NEXRAD, por su acrónimo en idioma inglés), en Florida, Louisiana, Texas, Puerto Rico y Guam. Para ocho de estas tormentas, los investigadores obtuvieron información adicional acerca de las condiciones atmosféricas a través de los datos del sensor recogidos por el Departamento de Ciencias Atmosféricas (Department of Atmospheric Science, en idioma inglés), de la Universidad de Wyoming, en Laramie.

“En resumen, este estudio es nuestra mejor mirada a las tormentas que producen TGFs y demuestra de manera convincente que la intensidad de la tormenta no es la clave," dijo Chronis, quien presentó los resultados el miércoles 17 de diciembre, en una charla a la que fue invitado en la reunión de la Unión Geofísica Estadounidense (American Geophysical Union, en idioma inglés), que se llevó a cabo en San Francisco. Un artículo que describe la investigación se ha presentado al Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense (Bulletin of American Meteorological Society, en idioma inglés).

Los científicos sospechan que los TGF surgen de fuertes campos eléctricos cerca de la parte superior de las tormentas. Las corrientes ascendentes y descendentes que hay dentro de las tormentas hacen que la lluvia, la nieve y el hielo choquen entre si y adquieran una carga eléctrica. Generalmente, la carga positiva se acumula en la parte superior de la tormenta y carga negativa se acumula por debajo. Cuando el campo eléctrico de la tormenta llega a ser tan fuerte que descompone las propiedades aislantes del aire, se produce la descarga de un rayo.

Bajo las condiciones adecuadas, la parte superior de un rayo intra-nube altera el campo eléctrico de la tormenta de tal manera que una avalancha de electrones surge hacia arriba a gran velocidad. Cuando estos electrones que se mueven rápidamente son desviados por las moléculas de aire, emiten rayos gamma y crean un TGF.

Aproximadamente el 75 por ciento de los relámpagos permanece dentro de la tormenta, y alrededor de 2.000 de estas descargas intra-nube ocurren en cada TGF que el telescopio Fermi detecta.

El nuevo estudio confirma los resultados anteriores que indican que los TGF tienden a producirse cerca de las partes más altas de una tormenta eléctrica, entre los11 y 14 kilómetros (7 y 9 millas) de altura. “Sospechamos que esta no es la historia completa”, explicó Briggs. “Los rayos a menudo ocurren a altitudes más bajas y los TGF probablemente también pero el viaje por mayores profundidades de aire debilita los rayos gamma, tanto que el GBM no puede detectarlos”.

Tomando como base las estadísticas actuales aportadas por el telescopio Fermi, los científicos estiman que por día se producen alrededor de 1.100 TGFs, pero la cantidad puede ser mucho mayor si no se captan los destellos de baja altitud.

A pesar de que es demasiado pronto para sacar conclusiones, señala Chronis, existen algunas pistas que indican que los destellos de rayos gamma pueden preferir las zonas de tormenta donde las corrientes ascendentes se han debilitado y la tormenta que envejece se ha vuelto menos organizada. “Parte de nuestra investigación en curso es rastrear estas tormentas con el radar NEXRAD para determinar si podemos relacionar los TGF con el ciclo de vida de la tormenta”, agregó.

Créditos y Contactos
Funcionaria Responsable de NASA: Ruth Netting Editor de Producción: Dr. Tony Phillips	Traducción al Español: Angela Atadía de Borghetti Editora en Español: Angela Atadía de Borghetti Formato: Angela Atadía de Borghetti