Flash de rayos gamma terrestres

Impresión del artista: Destello de rayos gamma y fenómenos relacionados.

Las explosiones terrestres ( flash de rayos gamma terrestre en inglés , TGF ) son explosiones de radiación electromagnética de alta energía ( radiación gamma ) en la atmósfera, en contraste con otras explosiones de rayos gamma . Los TGF se registraron con una duración de 0,2 a 3,5  ms y energías de hasta 20  MeV . Se cree que son causados ​​por campos eléctricos en la parte superior de las nubes de tormenta .

descubrimiento

Las explosiones de rayos gamma terrestres fueron descubiertas por primera vez en 1994 por el BATSE ( Experimento de fuentes transitorias y explosiones) del Observatorio de Rayos Gamma de Compton , una sonda espacial de la NASA.

Otro estudio en la Universidad de Stanford en 1996 pudo asignar un TGF a un rayo individual que ocurrió simultáneamente con el TGF en unos pocos milisegundos. BATSE solo pudo registrar una pequeña cantidad de eventos de TGF en nueve años porque fue diseñado originalmente para la investigación de estallidos extraterrestres de rayos gamma de mayor duración.

El satélite RHESSI más nuevo ha observado TGF con energías mucho más altas que las registradas por BATSE. Además, nuevas observaciones muestran que alrededor de cincuenta TGF ocurren todos los días, más de lo que se pensaba anteriormente, pero solo una fracción muy pequeña del total de tormentas eléctricas que ocurren en la Tierra (3-4 millones de rayos en promedio por día). Sin embargo, el número puede ser mucho mayor si los destellos de rayos gamma se emiten en forma de un cono estrecho de radiación y, por lo tanto, son difíciles de ver, o si un gran número de TGF surgen a bajas altitudes de modo que los rayos gamma sean absorbidos por la atmósfera antes llegan al satélite.

Aparición

Según la suposición predominante, los TGF surgen del hecho de que los electrones a velocidades relativistas (velocidades cercanas a la velocidad de la luz ) golpean los núcleos atómicos en el aire y, por lo tanto, liberan energía en forma de bremsstrahlung . A veces, esto también libera más electrones con energías relativistas de los átomos, de modo que se forma una avalancha de electrones rápidos, un fenómeno conocido como " ruptura descontrolada relativista ". Un proceso en el que se liberan tanto electrones como fotones bremsstrahlung es el bremsstrahlung electrón-electrón: esto aumenta la cantidad de electrones de alta energía que pueden generar posteriormente fotones de alta energía. Es probable que los electrones sean acelerados por un fuerte campo eléctrico , pero de aquí en adelante existe una incertidumbre considerable. Es de suponer que la descarga se intensifica considerablemente por los positrones , que son generados por gamma cuantos a través de la formación de pares . Debido a su carga, se mueven en dirección opuesta a los electrones y, cuando chocan con las moléculas de aire, liberan electrones adicionales, que a su vez se vuelven a acelerar. Un modelo que tiene en cuenta estos positrones predice la duración, la intensidad y el espectro de energía de los rayos gamma, que coinciden con las observaciones de los satélites.

Algunas de las explicaciones estándar están tomadas de otros fenómenos de descarga asociados con los relámpagos de las tormentas eléctricas, los goblins descubrieron unos años antes de los TGF. Por ejemplo, el campo podría estar causado por la separación de cargas en una nube de tormenta (campo de CC), como a menudo se asocia con el fenómeno de Kobold. Otra explicación sería el pulso electromagnético (EMP) asociado con el impacto de un rayo , que también ocurre a menudo con descargas en la atmósfera alta. También hay alguna evidencia de que los TGF ocurren en ausencia de rayos, aunque en las proximidades de la actividad general de rayos, como los chorros azules . Sin embargo, la mayoría de los TGF se detectaron unos pocos milisegundos antes o después de un rayo.

El modelo de campo de CC requiere una carga muy grande de la nube tormentosa a grandes altitudes (alrededor de 50 a 90 km donde se forman los fenómenos goblin). En contraste con las apariciones de duendes, cargas tan grandes aparentemente no pueden asociarse con rayos que generan TGF. Por lo tanto, el modelo de campo de CC requiere que los TGF se generen a una altitud menor, en la parte superior de la nube de tormenta (10-20 km), donde pueden ocurrir campos locales más fuertes. Esta hipótesis está respaldada por dos observaciones independientes. En primer lugar, el espectro de radiación registrado por RHESSI encaja muy bien con el pronóstico de averías fuera de control a una altitud de 15 a 20 km. En segundo lugar, los TGF están muy concentrados alrededor del ecuador y sobre el agua en comparación con la totalidad de los rayos . Las nubes de tormenta son más altas cerca del ecuador. Esto significa que la radiación gamma creada por los TGF en la parte superior de la nube tiene más posibilidades de escapar a través de la atmósfera. La conclusión entonces sería que existen muchos TGF, especialmente en latitudes más altas, que no se pueden ver desde el espacio debido a la baja altitud de su formación.

El modelo EMP requiere menos energía para los TGF, ya que los rayos gamma se generan en la atmósfera alta, por lo que todos los destellos de rayos gamma resultantes también se pueden ver desde el espacio. Este modelo hasta ahora no ha sido suficientemente confirmado por las observaciones. Los requisitos para un pulso electromagnético con las propiedades requeridas son bastante estrictos.

Con cierta probabilidad, varios mecanismos también están involucrados en la generación de los TGF.

Posible activación por partículas rápidas

Se ha sugerido que los TGF son subproductos de rayos de partículas altamente relativistas que escapan de la atmósfera, se propagan a lo largo de las líneas del campo magnético y vuelven a entrar en el hemisferio opuesto. En algunos casos, los TGF registrados tanto por RHESSI como por BATSE muestran patrones inusuales que parecen respaldar esta explicación. Sin embargo, estos casos contradicen la mayoría de los datos estadísticos sobre eventos de TGF, por lo que estos tipos de TGF probablemente representan solo una fracción, si acaso, del total de eventos.

El 14 de diciembre de 2010, el satélite Fermi observó un TGF con el número TGF 091214 sobre el Sahara egipcio , en las cercanías del cual no había tormentas. El evento de tormenta asociado tuvo lugar a 4000 km de distancia, en Zambia . Las partículas que activaron el TGF se habían movido a lo largo de una línea de campo magnético. Al examinar la distribución de energía, también se descubrió una acumulación a 511 keV, que se considera un rastro de aniquilaciones de electrones y positrones . Esto apoya la suposición de que la antimateria también se puede formar en los relámpagos terrestres .

Según los cálculos, TGF no solo puede liberar positrones, sino también protones y neutrones rápidos. Los neutrones ya se han medido en descargas, pero hasta ahora (2016) no hay una confirmación experimental para los protones. Estos estallidos de rayos gamma pueden generar partículas secundarias como electrones , positrones , neutrones y protones con energías de hasta 50 MeV.

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enlaces web

Commons : estallidos de rayos gamma terrestres:  colección de imágenes, videos y archivos de audio

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