Un equipo de investigadores japoneses ha logrado capturar por primera vez el momento exacto en que se produce un destello de rayos gamma terrestre (TGF, por sus siglas en inglés), o "rayo oscuro", justo antes de que dos corrientes eléctricas colisionen para formar un rayo convencional.
El descubrimiento, publicado en Science Advances y liderado por científicos de la Universidad de Osaka, resuelve un misterio que ha intrigado a los investigadores durante casi tres décadas: cómo exactamente las tormentas eléctricas generan rayos gamma, un tipo de radiación que hasta ahora solo se asociaban con eventos cósmicos como supernovas o agujeros negros.
Rayos gamma terrestres: misterio de tres décadas
Observar estos destellos ha sido como intentar fotografiar un fantasma. Y no por nada: los rayos gamma terrestres duran menos de un milisegundo y se producen aproximadamente una vez por cada mil descargas eléctricas normales. Además, la radiación se disipa instantáneamente en la atmósfera, haciendo casi imposible su detección desde tierra.
"La mayoría de los TGF han sido detectados por satélites, pero las observaciones desde el espacio pueden proporcionar información limitada", explicó a Gizmodo Yuuki Wada, investigador de la Universidad de Osaka y autor principal del estudio.
Tecnología multisensor
Para superar este obstáculo, el equipo desplegó un sistema multisensor de última generación en la ciudad de Kanazawa, capaz de capturar mediciones ópticas, de radiofrecuencia y de alta energía simultáneamente. Su estrategia fue vigilar las torres de transmisión de televisión, blancos probables para las descargas eléctricas.
La oportunidad llegó cuando observaron algo fascinante: un rayo que se dividió en dos trayectorias destinadas a encontrarse. Una corriente descendía desde la nube de tormenta hacia la torre, mientras otra ascendía desde la punta de la estructura para encontrarse con la primera.
En el preciso momento antes de la colisión, a unos 800 metros de altura, el sistema detectó algo extraordinario. Exactamente 31 microsegundos antes del encuentro entre las dos corrientes –según un comunicado de prensa de la Universidad de Osaka– surgió el primer fotón de rayos gamma. El estallido completo duró apenas 20 microsegundos después de que se formara el rayo definitivo.
Cómo las tormentas generan radiación gamma
Los resultados confirman una teoría largamente sospechada por los científicos: las nubes de tormenta funcionan como aceleradores naturales de partículas. El hallazgo más sorprendente es que los destellos de rayos gamma no son consecuencia del rayo, sino que ocurren justo antes.
En ese instante crítico, se forma un campo eléctrico extremadamente concentrado entre las dos corrientes eléctricas que están a punto de encontrarse, acelerando los electrones hasta velocidades cercanas a la de la luz.
Cuando estos electrones superacelerados chocan con las moléculas de aire, su energía se libera en forma de rayos gamma, el tipo de radiación más energética del espectro electromagnético, según Science Alert. Es el mismo proceso, añade el medio, que genera la radiación de frenado conocida como bremsstrahlung, o radiación de frenado.
La descarga resultante alcanzó los -56 kiloamperios, una potencia considerable que demuestra la intensidad del fenómeno.
Este descubrimiento no solo resuelve un misterio de tres décadas sobre cómo se generan los rayos gamma en la atmósfera terrestre, sino que también abre nuevas perspectivas para entender mejor estos procesos de alta energía.
"Las observaciones multisensor realizadas aquí constituyen una primicia mundial", afirma Harufumi Tsuchiya, coautor del estudio, en el comunicado. "Aunque persisten algunos misterios, esta técnica nos ha acercado a la comprensión del mecanismo de estos fascinantes estallidos de radiación", agrega.
La investigación, según los investigadores, también podría tener aplicaciones prácticas para mejorar la seguridad de estructuras vulnerables a fenómenos atmosféricos de alta energía, ofreciendo una nueva ventana para comprender el poder oculto de las tormentas que se desarrollan sobre nuestras cabezas.
