Encara que soc conscient que heu passat el mes de novembre rumiant sobre què passava en el relat de la Franja, i que em sap greu, diverses ocupacions m'han mantingut allunyat de donar-vos-en resposta. Ací la teniu.

La Franja representa una banda de llum que ocupa el cel del planeta en què ocorre el relat. La Franja és en realitat un doll de partícules i camps magnètics que travessa la galàxia hoste.  Les partícules carregades i accelerades (per exemple, per un camp magnètic) emeten radiació. Si la velocitat de les partícules és baixa comparada amb la de la llum, aquesta emissió és isòtropa. En aquest cas, qualsevol observador observaria/rebria, en condicions ideals, la mateixa intensitat de radiació, independentment de la seua posició relativa a la direcció de propagació de la partícula emissora. N'hi hauria efectes que podrien alterar la freqüència d'observació (efecte Doppler), o també la intensitat, depenent de l'absorció que patisca la radiació en el seu trajecte fins a l'observador. Ara, com diem, en condicions ideals la intensitat rebuda seria la mateixa.

En els escenaris astrofísics d'alta energia, les partícules assoleixen energies molt elevades, amb velocitats properes a la de la llum. En aquest cas, la posició de l'observador és crítica. Tal com ens diu la relativitat especial, la percepció comparada de l'espai i el temps es distorsiona quan la velocitat relativa entre observadors arriba a aquests valors. Així, si seguérem sobre la partícula, percebríem que la radiació és emesa de manera isòtropa. Per contra, si l'observem des d'algun punt de la galàxia, com un planeta, mesuraríem que la radiació emesa ho seria principalment en la seua direcció de propagació. Ho podem dir d'una altra manera: la radiació es concentra en un con, en la direcció de propagació de la partícula.

Com a resultat, els dolls relativistes ens semblen molt més brillants si els observem amb angles petits, mentre que ens semblen més febles si els observem des d'angles més grans. Des de la perspectiva del planeta del relat, això és fonamental per al manteniment de la vida, tal com ara explicaré.

Per una banda, les estrelles orbiten el centre de les seues galàxies, amb períodes de rotació de l'ordre de centenars de milions d'anys. Per l'altra, els dolls ocupen un volum reduït a un con d'ejecció en què es concentra la major part de la radiació emesa. Podem suposar perfectament que la vida en el planeta del relat començara a gestar-se abans de la formació i propagació del doll. També que en els milions d'anys que requeriria el desenvolupament d'una espècie 'conscient' el sistema planetari es trobara fora del con.

Si en la seua òrbita l'estrella arrossegara el seu sistema dins del con que defineix el doll, patiria un greu augment de la intensitat de la radiació rebuda. Atés que en la base del doll s'hi produeix radiació gamma en quantitats considerables, podem fer una pensadeta sobre els efectes que això tindria en l'atmosfera d'un planeta.

Diversos treballs han apuntat que les erupcions de raigs gamma d'estrelles properes podrien destruir la coberta atmosfèrica de la biosfera d'un planeta. Els efectes sobre la vida superficial serien evidentment catastròfics. També n'hem parlat en aquest blog. En el cas de les estrelles, l'emissió gamma és enorme, però puntual. En el cas dels dolls, la radiació emesa per unitat de temps és significativament menor. Ara bé, el temps que pot trigar l'estrella a creuar el con i eixir per l'altra banda també pot ser més que suficient com perquè l'atmosfera siga destruïda. I, el que és pitjor, lentament.

El relat especula amb aquesta coincidència tràgica i la presa de consciència a què el professor i l'estudiant arriben. Tot just quan la situació comença a ser crítica. Tot això en un marc social absurdament violent. Les reflexions que el relat puga suscitar al lector, per se o pels paral·lelismes que hi puga trobar, són seues.  

Amb aquest títol (The Strange Case of the Cosmic Rays) presentava l'any 1957 el famós director Frank Capra un documental sobre els raigs còsmics, un misteri creixent a l'època i que encara no està completament resolt. El director d'It's a wonderful life (Que bonic que és viure) o Arsenic and old lace (Arsènic per compassió) va dirigir aquesta peça curiosa de poc menys d'una hora de durada per encàrrec dels Laboratoris Bell.

L'obra se'm va presentar en el curs d'Astrofísica d'Altes Energies, durant l'any Erasmus a Leeds (Regne Unit). Allà, el professor Watson ens en va projectar uns minuts per tal d'il·lustrar alguna idea, o per pura curiositat. Al documental, brillant com no podia ser d'altra manera, es presenta l'estudi de l'origen dels raigs còsmics com una història de detectius en un concurs en què el tribunal està format per Dostoievski, Dickens i Allan Poe. S'hi fa sentir el pas del temps en, per exemple, referències al Creador que un espectador actual pot trobar curioses en un documental científic. Tanmateix, paga certament la pena dedicar-li l'hora que cal per diversos motius. Ací, mitjançant l'enllaç anterior, deixe doncs la invitació. Ara, però, no vull explicar el documental, sinó centrar-me en els raigs còsmics i en els motius pels quals es va fer aquest documental.

A començament de segle XX es feien servir electròmetres per a mesurar els nivells de radiació. Aquests aparells consisteixen en un elèctrode i unes làmines metàl·liques que se separen en carregar-se aquest elèctrode –cada làmina adquireix la mateixa càrrega que l'altra i això en força la repulsió elèctrica. En ser sotmès a un camp de radiació ionitzant, partícules carregades, que bé constitueixen el component primari (original) de la radiació ionitzant o bé són generades de manera indirecta, descarreguen l'elèctrode, de manera que les làmines s'apropen novament.

Aquests aparells es van emprar (per Victor Hess i altres) per demostrar que l'efecte era més intens a major altura. Primer, comparant mesures entre la Torre Eiffel i terra, i després mitjançant globus aerostàtics. Les mesures, sistematitzades al llarg dels anys vint i trenta del segle passat, varen demostrar que la radiació ionitzant havia de ser originada fora del nostre planeta. Per això Robert Millikan els va batejar com 'raigs còsmics'.

Així doncs, hi havia evidència de radiació ionitzant, ço és, capaç de separar electrons dels seus àtoms, per a la qual cosa calia que les partícules incidents tingueren energies elevades. Una altra dada a afegir: la radiació incident depenia de la latitud. Com més lluny de l'equador terrestre, major nivell d'incidència. L'explicació? El camp magnètic terrestre enganxa les partícules carregades que n'impacten i les guia cap als pols –efectivament, la mateixa explicació que per les aurores. Conclusió: els raigs còsmics són partícules carregades d'alta energia que ionitzen els àtoms a l'atmosfera.

El següent pas per apropar-se als orígens d'aquestes partícules era saber si es tractava de càrregues positives i negatives repartides homogèniament, o si, pel contrari, dominava alguna de les poblacions. Atès que la interacció amb el camp magnètic depèn de la càrrega, B. Rossi va proposar un experiment per respondre aquesta pregunta, basat en la simetria o asimetria Est-Oest en la detecció dels raigs còsmics. L'asimetria trobada en indicava que es tracta majoritàriament de partícules amb càrrega positiva. A més, els experiments de detecció de raigs còsmics amb cambres de boira varen contribuir al descobriment de noves partícules, com el positró (la primera evidència de la presència d'anti-matèria en l'Univers), o el muó, predites per diferents treballs teòrics. Tanmateix, la major part de les partícules que ens arriben de l'espai són els protons.

Les energies amb què col·lisionen algunes d'aquestes partícules amb la nostra atmosfera poden arribar a ser enormes, obrint la porta a escenaris astrofísics ben poc amables. Dit altrament, ens obrin la porta a l'Univers Violent. En parlarem.