{"id":5053,"date":"2026-06-29T09:34:19","date_gmt":"2026-06-29T07:34:19","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/?p=5053"},"modified":"2026-06-29T09:34:21","modified_gmt":"2026-06-29T07:34:21","slug":"el-universo-mas-violento-introduccion-a-la-astronomia-de-rayos-gamma","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/2026\/06\/29\/el-universo-mas-violento-introduccion-a-la-astronomia-de-rayos-gamma\/","title":{"rendered":"El universo m\u00e1s violento: Introducci\u00f3n a la astronom\u00eda de rayos gamma"},"content":{"rendered":"\n

Autora: Clara Esca\u00f1uela Nieves<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

A pesar de nuestros intentos en la Tierra de producir y explorar las part\u00edculas m\u00e1s energ\u00e9ticas con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), este \u201cs\u00f3lo\u201d alcanza energ\u00edas de hasta 13,6 teraelectronvoltios [1]. Aunque estas son energ\u00edas incre\u00edblemente altas, est\u00e1n muy lejos de las alcanzadas, por ejemplo, en los agujeros negros activos en el centro de las galaxias, que pueden acelerar part\u00edculas cargadas (rayos c\u00f3smicos) hasta millones de veces la energ\u00eda producida en el LHC [2]. El universo, por tanto, nos proporciona de nuevo el laboratorio perfecto. Resulta comprensible que ser capaces de detectar los rayos c\u00f3smicos y sus derivados nos ayude a responder preguntas fundamentales que no pueden responderse de otra forma. \u00bfC\u00f3mo se producen? \u00bfC\u00f3mo se propagan? \u00bfC\u00f3mo consiguen alcanzar tan altas energ\u00edas? \u00bfQu\u00e9 condiciones se tienen que dar?, y un largo etc\u00e9tera.<\/p>\n\n\n\n

La detecci\u00f3n de rayos c\u00f3smicos nos permite estudiar con detalle su espectro (la distribuci\u00f3n del flujo de rayos c\u00f3smicos en funci\u00f3n de la energ\u00eda). Sin embargo, dado que los rayos c\u00f3smicos est\u00e1n constituidos por part\u00edculas cargadas, estas son desviadas por las fluctuaciones del campo magn\u00e9tico a medida que viajan a trav\u00e9s del medio interestelar. De este modo, los rayos c\u00f3smicos llegan a la Tierra casi de manera isotr\u00f3pica (no hay direcciones claramente preferidas), sin revelar su origen. Afortunadamente, los rayos c\u00f3smicos generan rayos gamma (fotones de alta energ\u00eda) al interactuar con su entorno (como campos magn\u00e9ticos, gas, el fondo c\u00f3smico de microondas, etc.) en los lugares donde son acelerados. El estudio de los rayos gamma nos ayuda a comprender en profundidad la f\u00edsica de los rayos c\u00f3smicos.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 1. Representaci\u00f3n esquem\u00e1tica de la emisi\u00f3n, la propagaci\u00f3n y la entrada en la atm\u00f3sfera de los rayos c\u00f3smicos y rayos gamma, as\u00ed como de la subsecuente cascada de part\u00edculas secundarias y la emisi\u00f3n de radiaci\u00f3n de Cherenkov.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Los rayos gamma reflejan las propiedades de los rayos c\u00f3smicos que los producen. Detectarlos nos permite determinar el tipo de rayo c\u00f3smico (protones, electrones) involucrado y el proceso dominante de p\u00e9rdida de energ\u00eda de estos rayos c\u00f3smicos en la producci\u00f3n de rayos gamma. Gracias a su naturaleza neutra, no se desv\u00edan. Esto nos permite conocer su origen y entender qu\u00e9 objetos los producen, la m\u00e1xima energ\u00eda que alcanzan y los mecanismos (no t\u00e9rmicos) que aceleran los rayos c\u00f3smicos, as\u00ed como esclarecer c\u00f3mo escapan de sus fuentes y se propagan a trav\u00e9s del medio. Por lo tanto, la astronom\u00eda de rayos gamma revela fen\u00f3menos del universo que, de otro modo, nos quedar\u00edan ocultos.<\/p>\n\n\n\n

La astronom\u00eda de rayos gamma es bastante singular, dado que estos fotones no pueden detectarse directamente, a diferencia de otras ramas de la astronom\u00eda. Los rayos gamma tienen una longitud de onda mucho m\u00e1s peque\u00f1a que un \u00e1tomo y no pueden ser reflejados por los espejos de los telescopios. Por tanto, su detecci\u00f3n es indirecta. Los rayos gamma pueden ser detectados con sat\u00e9lites que orbitan por encima de la atm\u00f3sfera o una vez la atraviesan. En ambos casos, el principio f\u00edsico subyacente es similar. Los sat\u00e9lites est\u00e1n compuestos por capas de silicio (tracker) intercaladas con materiales de alto n\u00famero at\u00f3mico [3], donde el rayo gamma incidente se convierte en un par electr\u00f3n-positr\u00f3n. Estas part\u00edculas atraviesan posteriormente un calor\u00edmetro, depositando su energ\u00eda y generando una cascada de part\u00edculas secundarias. La combinaci\u00f3n de los distintos elementos de este sat\u00e9lite nos permite reconstruir las propiedades del rayo gamma. Sin embargo, los sat\u00e9lites tienen un \u00e1rea de detecci\u00f3n limitada, lo que reduce su sensibilidad a los rayos gamma. La soluci\u00f3n reside en esperar a que los rayos gamma interact\u00faen con la atm\u00f3sfera (nuestro calor\u00edmetro natural) y detectar los residuos de esa interacci\u00f3n. Es decir, usar nuestra atm\u00f3sfera como parte de nuestro detector. Cuando los rayos gamma penetran la atm\u00f3sfera, bajo la influencia del campo el\u00e9ctrico de un n\u00facleo, producen un par electr\u00f3n-positr\u00f3n (al igual que en el caso del sat\u00e9lite); estas part\u00edculas tambi\u00e9n interact\u00faan en la atm\u00f3sfera (Bremsstrahlung) y pierden energ\u00eda liberando un rayo gamma o fot\u00f3n. Como resultado se desarrolla una cascada de part\u00edculas secundarias relativistas [4] (ver Figura 1). Cuando es un rayo gamma el que penetra la atm\u00f3sfera, la cascada est\u00e1 constituida principalmente por electrones, positrones, y otros rayos gamma. Sin embargo, otras part\u00edculas, como los protones, generan una cascada m\u00e1s compleja, ya que producen piones, kaones, fragmentos de n\u00facleo, etc.<\/p>\n\n\n\n

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Figura 2. Emisi\u00f3n de luz Cherenkov por una part\u00edcula cargada y la huella proyectada en el suelo [6].<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Figura 3. Telescopios de el High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.).
Cr\u00e9dito de la imagen: Christian F\u00f6hr, MPIK \/ H.E.S.S. Collaboration.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Las part\u00edculas secundarias cargadas viajan a una velocidad mayor que la de la luz en el medio y, por tanto, emiten radiaci\u00f3n Cherenkov [5]. Un ejemplo bien conocido de este fen\u00f3meno es la caracter\u00edstica luz azul observada en reactores nucleares sumergidos en agua. La luz Cherenkov es emitida en torno a la direcci\u00f3n de movimiento de la part\u00edcula cargada, formando un cono (Figura 2, izquierda). Al proyectarse sobre el suelo, esta radiaci\u00f3n genera una huella luminosa de aproximadamente 250 metros de di\u00e1metro (Figura 2, derecha). Esta radiaci\u00f3n (azul) es muy d\u00e9bil y s\u00f3lo se emite durante unos nanosegundos. La construcci\u00f3n de un observatorio formado por telescopios (ver Figura 3) capaces de detectar esta luz tan tenue y breve puede conducirnos, a trav\u00e9s de complejos an\u00e1lisis de datos y de una minuciosa reducci\u00f3n del ruido (proveniente, entre otros, predominantemente de los propios rayos c\u00f3smicos), a la detecci\u00f3n de radiaci\u00f3n Cherenkov y a relacionarla con la part\u00edcula que, en un primer momento, penetr\u00f3 la atm\u00f3sfera. De este modo, podemos determinar las propiedades de estos rayos gamma, su energ\u00eda y su origen.<\/p>\n\n\n\n

Autora: Clara Esca\u00f1uela Nieves.<\/a><\/p>\n\n\n\n

Clara Esca\u00f1uela Nieves es investigadora del Instituto Max Planck de F\u00edsica Nuclear en Heidelberg, Alemania.<\/p>\n\n\n\n

Referencias<\/p>\n\n\n\n

[1]<\/strong> \u201cLarge Hadron Collider.\u201d CERN, European Organization for Nuclear Research, https:\/\/home.cern\/science\/accelerators\/large-hadron-collider<\/a>. Consultado el 16 de mayo de
2026.
[2]<\/strong> Henri, G., Pelletier, G., Petrucci, P. O., & Renaud, N. \u00abActive galactic nuclei as high energy engines.\u00bb Astroparticle Physics 11(3) (1999): 347-356.
[3]<\/strong> William B Atwood et al. The large area telescope on the Fermi gamma-ray space telescope mission. The Astrophysical Journal, 697(2):1071, 2009. doi:https:\/\/doi.org\/10.1088\/0004-637X\/697\/2\/1071<\/a>
[4]<\/strong> Matthews, James. \u00abA Heitler model of extensive air showers.\u00bb Astroparticle Physics 22.5-6
(2005): 387-397.
[5]<\/strong> Cherenkov, Pavel A. \u201cVisible Emission of Clean Liquids by Action of Gamma Radiation.\u201d
Doklady Akademii Nauk SSSR, vol. 2, 1937, pp. 451\u2013454.
[6]<\/strong> V\u00f6lk, H.J., Bernl\u00f6hr, K. Imaging very high energy gamma-ray telescopes. Exp Astron 25,
173\u2013191 (2009). doi:https:\/\/doi.org\/10.1007\/s10686-009-9151-z<\/a><\/p>\n\n\n\n

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Autora: Clara Esca\u00f1uela Nieves. A pesar de nuestros intentos en la Tierra de producir y explorar las part\u00edculas m\u00e1s energ\u00e9ticas con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), este \u201cs\u00f3lo\u201d alcanza energ\u00edas de hasta 13,6 teraelectronvoltios [1]. Aunque estas son energ\u00edas Seguir leyendo →<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":5087,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[71],"tags":[157,75,159,133],"class_list":["post-5053","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-blog-uned-es","tag-astrofisica","tag-astronomia","tag-fisica-de-altas-energias","tag-fisica-de-particulas"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5053","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=5053"}],"version-history":[{"count":9,"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5053\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":5083,"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/5053\/revisions\/5083"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/media\/5087"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=5053"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=5053"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blogs.uned.es\/hablandodefisicauned\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=5053"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}