Telescopio electrónico CALorimétrico captura modulación de rayos cósmicos dependiente del signo de carga

El movimiento de partículas de rayos cósmicos a través del espacio, como electrones y protones, está influenciado por el campo magnético del sol, lo que provoca fluctuaciones en la intensidad de los rayos cósmicos galácticos (GCR) que llegan a la Tierra en respuesta al ciclo solar. Durante los períodos de baja actividad solar, como el mínimo solar, se ha observado que llegan a la Tierra más GCR en comparación con los períodos de alta actividad solar. Esta correlación inversa entre el flujo GCR y la actividad solar se conoce como “modulación solar”.

Específicamente, la intensidad de los GCR en la Tierra se ve afectada por el ángulo de inclinación de la hoja de corriente heliosférica (HCS), una superficie espiral que separa la dirección de las líneas de campo magnético de dirección opuesta que se originan en los polos del sol. A medida que aumenta el ángulo de inclinación del HCS, la intensidad de los rayos cósmicos en la Tierra disminuye.

De acuerdo con el modelo de deriva del transporte de GCR en la heliosfera, los electrones cargados negativamente en los GCR tienden a viajar a lo largo del HCS para llegar a la Tierra si el campo magnético se aleja del sol en el hemisferio norte y se dirige hacia el sol en el hemisferio sur. . Por el contrario, los protones cargados positivamente llegan a la Tierra desde la región polar heliosférica, lo que sugiere que los electrones GCR se ven más afectados por la modulación solar que los protones a medida que viajan a través del HCS para llegar a la Tierra.

Si bien las observaciones previas de partículas de rayos cósmicos realizadas a bordo de globos espaciales y en experimentos espaciales muestran diferencias entre los flujos de partículas GCR cargadas positiva y negativamente durante el ciclo solar, no está claro si la carga de las partículas juega algún papel en la anticorrelación entre la intensidad GCR y la ángulo de inclinación del HCS.

Ahora, en una observación reciente de partículas cargadas de GCR realizadas con el Telescopio de electrones CALorimétrico (CALET) a bordo de la Instalación Expuesta (EF) “Kibo” de la Estación Espacial Internacional durante un período de seis años, los investigadores han revelado que esta anticorrelación es, de hecho, más prominente para los electrones que para los protones.

El estudio, publicado en Physical Review Letters, fue codirigido por tres investigadores de Japón, el profesor asociado Yosui Akaike del Instituto de Investigación de Ciencia e Ingeniería de Waseda (RISE) en la Universidad de Waseda, el profesor asociado Shoko Miyake del Instituto Nacional de Tecnología ( KOSEN) en Ibaraki College y el profesor Kazuoki Munakata de la Universidad Shinshu. También incluyó contribuciones del profesor emérito Shoji Torii de RISE.

“Usando CALET, observamos con éxito una modulación solar dependiente del signo de carga de los GCR durante seis años”, dice Akaike.

Los investigadores analizaron más de 0,77 millones de electrones y 1,26 millones de protones recolectados en aproximadamente 196 y 197 horas, respectivamente, durante un período de seis años, de 2015 a 2021, que coincidió con el final del ciclo solar 24 y el comienzo del ciclo solar 25, el ciclo solar actual.

Los hallazgos indicaron que durante el estado de baja actividad del sol hacia el final del ciclo solar 24, caracterizado por una reducción en el número de manchas solares y el ángulo de inclinación HCS, las tasas de conteo de electrones y protones fueron bajas pero aumentaron gradualmente. Esta tendencia continuó con el inicio del ciclo solar 25, alcanzando su punto máximo en la tasa de conteo de electrones seis meses después del comienzo del ciclo en diciembre de 2019.

A partir de entonces, las tasas de recuento de electrones y protones disminuyeron gradualmente a medida que aumentaba la actividad solar y el ángulo de inclinación de HCS. Además, los resultados mostraron que la variación en las tasas de conteo de electrones fue significativamente mayor que la de los protones durante este período, lo que sugiere que los electrones son más susceptibles a los efectos de la modulación solar, como predice el modelo de deriva.

“Esta es una firma clara del efecto de deriva que domina la modulación solar a largo plazo de los GCR observados con un solo detector”, destaca Akaike.

En general, el análisis de los GCR puede arrojar luz importante sobre la composición del universo y los mecanismos de aceleración de las partículas de alta energía que se observan en los rayos cósmicos. Por lo tanto, las observaciones realizadas por CALET podrían ayudar a comprender mejor el clima espacial y sus efectos sobre la posibilidad de vida potencial en la luna y otros planetas, como Marte.

Con información de Physical Review Letters