Sorprendente radiación gamma en grandes tormentas tropicales

Tormenta tropical - CC0 PUBLIC DOMAIN

   MADRID, 2 Oct. (EUROPA PRESS) -

   La radiación gamma producida en las tormentas eléctricas es mucho más común de lo que se pensaba y la dinámica que crea la radiación encierra un tesoro de misterios aún por resolver.

   Es el hallazgo de dos nuevos artículos publicados en 'Nature' (1) y (2) por un equipo de la Universidad de Duke.

   "En las tormentas eléctricas ocurren muchas más cosas de las que jamás hubiésemos imaginado", afirma Steve Cummer, profesor de ingeniería William H. Younger de la Universidad de Duke, que fue coautor de ambos artículos. "Resulta que, en esencia, todas las grandes tormentas eléctricas generan rayos gamma durante todo el día en muchas formas diferentes".

   La física general que explica cómo las tormentas eléctricas crean destellos de alta energía de radiación gamma no es un misterio. A medida que se desarrollan las tormentas eléctricas, las corrientes de aire en espiral hacen que las gotas de agua, el granizo y el hielo se mezclen y generen una carga eléctrica similar a la que se produce al frotar un globo contra la camisa. Las partículas con carga positiva terminan en la parte superior de la tormenta, mientras que las partículas con carga negativa caen al fondo, lo que crea un enorme campo eléctrico que puede ser tan fuerte como 100 millones de pilas AA apiladas una sobre otra.

   Cuando otras partículas cargadas, como los electrones, se encuentran en un campo tan intenso, se aceleran. Si alcanzan velocidades lo suficientemente altas y chocan con una molécula de aire, desprenden más electrones de alta energía. El proceso se produce en cascada hasta que las colisiones tienen suficiente energía para crear reacciones nucleares, produciendo destellos extremadamente fuertes y extremadamente rápidos de rayos gamma, antimateria y otras formas de radiación.

   Pero ese no es el final de la historia de la radiación gamma de las tormentas eléctricas. Las aeronaves que vuelan cerca de tormentas eléctricas también han visto un débil resplandor de radiación gamma proveniente de las nubes. Estas tormentas parecen tener suficiente energía para producir una pequeña ebullición de radiación gamma, pero algo impide que cree una explosión como la de un grano de maíz al estallar. "Se realizaron varias campañas aéreas para intentar averiguar si estos fenómenos eran comunes o no, pero los resultados fueron dispares y varias campañas sobre Estados Unidos no detectaron radiación gamma alguna", apunta Cummer. "Este proyecto fue diseñado para abordar estas cuestiones de una vez por todas".

   El grupo de investigación consiguió el uso de un avión científico aéreo de gran altitud ER-2 de la NASA. Se trata de un avión espía U2 reacondicionado que quedó de la Guerra Fría y que vuela a una altura dos veces superior a la de los aviones comerciales y a unos cinco kilómetros por encima de la mayoría de las tormentas eléctricas. También es extremadamente rápido, lo que le dio al equipo la oportunidad de elegir las tormentas eléctricas exactas que creían que tenían más probabilidades de producir resultados."El avión ER-2 sería la plataforma definitiva para observar los rayos gamma de las nubes de tormenta", destaca Nikolai Ostgaard, profesor de física espacial de la Universidad de Bergen (Noruega) e investigador principal del proyecto. "Al volar a 20 km, podemos sobrevolar directamente la parte superior de la nube, lo más cerca posible de la fuente de rayos gamma".

   Como el ER-2 era la solución perfecta y el equipo iba a sobrevolar las tormentas adecuadas, los investigadores pensaron que si estos fenómenos eran poco frecuentes, apenas verían ninguno. Pero si eran comunes, verían muchos. Y vieron muchos. En el transcurso de un mes, el ER-2 realizó 10 vuelos sobre grandes tormentas en los trópicos al sur de Florida, y 9 de ellos arrojaron observaciones de este hervidero de radiación gamma, que también fue más dinámico de lo esperado.

   "La dinámica de las nubes de tormenta que emiten rayos gamma contradice claramente la imagen cuasi estacionaria anterior de los resplandores, y más bien se asemeja a la de una enorme olla hirviendo que emite rayos gamma, tanto en su patrón como en su comportamiento", ddesvela Martino Marisaldi, profesor de física y tecnología en la Universidad de Bergen (Noruega).

   Teniendo en cuenta el tamaño de una tormenta típica en los trópicos, que es mucho mayor que las tormentas en otras latitudes, esto sugiere que más de la mitad de todas las tormentas en los trópicos son radiactivas. Los investigadores postulan que esta producción de radiación gamma de bajo nivel actúa como el vapor que hierve en una olla de agua y limita la cantidad de energía que se puede acumular en su interior.

   Los investigadores también se mostraron entusiasmados al ver numerosos ejemplos de explosiones de radiación gamma intensas y de corta duración provenientes de las mismas tormentas eléctricas. Algunas de ellas eran exactamente iguales a las detectadas originalmente por los satélites de la NASA. Casi siempre se producían en conjunción con una descarga de relámpago activa. Esto sugiere que el gran campo eléctrico creado por el relámpago probablemente esté sobrecargando los electrones, que ya tienen alta energía, lo que les permite crear reacciones nucleares de alta energía.

   Pero también hubo al menos otros dos tipos de explosiones cortas de radiación gamma que nunca se habían visto antes. Un tipo es increíblemente corto, de menos de una milésima de segundo, mientras que el otro es una secuencia de aproximadamente 10 explosiones individuales que se repiten en el transcurso de aproximadamente una décima de segundo.

   "Estas dos nuevas formas de radiación gamma son las que me parecen más interesantes", añade Cummer. "No parecen estar asociadas con el desarrollo de los relámpagos. Surgen de forma espontánea. Hay indicios en los datos de que en realidad podrían estar vinculadas a los procesos que inician los relámpagos, que todavía son un misterio para los científicos".

   Cummer agrega que si hay alguien que esté preocupado por la posibilidad de convertirse en Hulk debido a toda esta radiación gamma, no debería preocuparse. La cantidad de radiación que se produce sólo sería peligrosa si una persona u objeto estuviera muy cerca de la fuente de origen. "La radiación sería el menor de sus problemas si se encontrara allí. Los aviones evitan volar en núcleos de tormentas activas debido a la turbulencia y los vientos extremos", finaliza Cummer. "Incluso sabiendo lo que sabemos ahora, no me preocupa volar más de lo que me preocupaba antes".