En la década de 1990, los satélites de la NASA diseñados para detectar partículas de alta energía procedentes de supernovas y otros objetos celestes descubrieron algo increíble: las grandes tormentas eléctricas terrestres generan estallidos de radiación gamma de alta energía, es decir, partículas radiactivas.
Para comprobarlo, un grupo internacional de científicos liderado por la Universidad de Bergen (Noruega) utilizó un avión espía U2, readaptado y propiedad de la NASA, para sobrevolar las tormentas y analizarlas in situ.
Así, descubrieron que la radiación gamma producida en las tormentas es mucho más común de lo que se pensaba y que la dinámica que crea la radiación encierra un tesoro de misterios aún por resolver.
"En las tormentas eléctricas ocurren muchas más cosas de las que imaginábamos. Resulta que, esencialmente, todas las grandes tormentas eléctricas generan rayos gamma durante todo el día en muchas formas diferentes", explica Steve Cummer, catedrático en la Universidad de Duke y coautor de ambos artículos.
Los detalles de esa investigación se han dado a conocer este miércoles en sendos artículos publicados en la revista Nature.
La física de las tormentas
La física general que hay detrás de cómo las tormentas eléctricas crean destellos de alta energía de radiación gamma no es un misterio. A medida que se desarrollan las tormentas, las corrientes de aire arremolinadas, junto a las gotas de agua, el granizo y el hielo, generan una carga eléctrica como la que se produce al frotar un globo en una toalla.
Las partículas con carga positiva terminan en la parte superior de la tormenta, mientras que las cargadas negativamente caen al fondo, creando un enorme campo eléctrico que puede ser tan fuerte como 100 millones de pilas AA.
Cuando otras partículas cargadas, como los electrones, se encuentran en un campo tan intenso, aceleran y, si alcanzan una velocidad suficiente, y chocan con una molécula de aire, expulsan más electrones de alta energía.
El proceso se desarrolla en cascada hasta que las colisiones tienen energía suficiente para crear reacciones nucleares y producir destellos extremadamente fuertes y rápidos de rayos gamma, antimateria y otras formas de radiación.
Los aviones que vuelan cerca de las tormentas también han visto un débil resplandor de radiación gamma procedente de las nubes: Parece que estas tormentas tienen energía suficiente para producir un hervor de radiación gamma a bajo nivel, pero algo impide que se cree un estallido explosivo como el de un grano de maíz al estallar.
Sobrevolar tormentas
Para hacer el estudio, el equipo empleó un ER-2 High-Altitude Airborne Science Aircraft de la NASA, un avión espía U2 de la Guerra Fría que vuela a más del doble de altura que los aviones comerciales y unos cinco kilómetros por encima de la mayoría de las tormentas, y que es extremadamente rápido.
Este avión "nos permitió sobrevolar directamente la cima de la nube, lo más cerca posible de la fuente de rayos gamma", apunta Nikolai Østgaard, investigador de la Universidad de Bergen y principal investigador del estudio.
Gracias a este avión descubrieron que estos fenómenos lejos de ser raros, eran bastante comunes: en un mes, realizaron diez vuelos sobre grandes tormentas en los trópicos al sur de Florida, y en 9 de ellos observaron este hervor de radiación gamma.
Los investigadores creen 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 puede acumularse en su interior.
Al sobrevolar las tormentas, el equipo también vio numerosos estallidos de radiación gamma de corta duración e intensidad que casi siempre se producían junto con una descarga eléctrica activa, lo que sugiere que el gran campo eléctrico creado por los relámpagos está probablemente sobrecargando los electrones, ya de por sí de alta energía, que les permite crear reacciones nucleares de alta energía.
También vieron al menos otros dos tipos de explosiones cortas de radiación gamma que nunca se habían visto antes. Un tipo es increíblemente corto, menos de una milésima de segundo, y el otro es una secuencia de unas 10 explosiones individuales que se repiten en el transcurso de una décima de segundo.
El estudio aclara que esa radiación sólo sería peligrosa si una persona u objeto se encontrara muy cerca de la fuente de origen, en cuyo caso "sería el menor de tus problemas. Los aviones evitan volar en núcleos activos de tormentas debido a las turbulencias y vientos extremos", subraya Cummer.
