Los rayos cósmicos no son el único signo existente de partículas de alta energía del distante universo. Existen otras evidencias adicionales (al igual que la mayor parte de datos astronómicos) de la luz visible y de otros tipos de ondas electromagnéticas, p.e. de los rayos X y de las ondas de radio.

Normalmente estas ondas llegan en de dos formas, como “procesos del fotón” y mediante procesos que se parecen a las ondas de radiodifusión.

Procesos del Fotón

Los procesos fotónicos están relacionados con la naturaleza cuántica de la luz, descubierta en el siglo XX, mediante la cual, la luz o cualquier otra onda electromagnética solo es creada o absorbida en “paquetes de energía” denominados fotones. Cuanto más corta sea la longitud de la onda, más energético es el fotón - por ejemplo, como la luz azul tiene una longitud de onda más corta que la luz roja, sus fotones tienen más energía. Las películas en blanco y negro se pueden manipular en los cuartos oscuros de fotografía solo iluminados mediante luz roja, debido a que los fotones rojos no llevan la suficiente energía como para iniciar los cambios químicos que oscurecen la película.

Los fotones de la luz visible tienen unos 2 electron-voltios (ev), mientras que los fotones de los rayos X médicos pueden tener energías de 50.000 ev y los de los rayos gamma llegan a 1.000.000 ev e incluso más. La llegada de fotones de rayos X de (digamos) 50.000 ev desde el espacio es la evidencia de la existencia de partículas con al menos esa energía, a menudo mucha más, ya que cada fotón proviene de una única partícula. No existe ningún proceso mediante el que, por ejemplo, diez electrones con 5.000 ev cada uno combinen su energía para crear un único fotón de 50.000 ev.

Los rayos X celestiales no se pueden observar desde el suelo porque la atmósfera los absorbe rápidamente. Sin embargo pueden alcanzar a observatorios en satélites que estén en órbita sobre la atmósfera y varios de ellos han cartografiado el cielo de rayos X - el pequeño Uhuru y el mayor Einstein, lanzados por la NASA, y más recientemente el europeo, muy exitoso, ROSAT, cuyo nombre (Roentgen-satélite) honra la memoria del descubridor de los rayos X. Algunas fuentes de rayos X parecen asociadas a extrañas estrellas binarias y a agujeros negros, otras aún nos desconciertan, pero todas sugieren una fuente de partículas de alta energía.

Los rayos X usados por los médicos para localizar huesos rotos o dientes cariados son útiles porque penetran en la materia, de la misma forma en que lo hace la luz a través del cristal de una ventana. Por otro lado, para producir imágenes nítidas de las estrellas de rayos X en el cielo se deben enfocar esos rayos X. Parece una misión imposible, pero no lo es, debido a que cuando los rayos X golpean una superficie en un ángulo plano, se reflejan como la luz en un espejo. Cuando la golpean en un ángulo superficial, rebotan como lo hace una piedra plana arrojada sobre la superficie del agua, pero si el ángulo es demasiado pronunciado, la penetran. Este es el principio de diseño del satélite Chandra, denominado así en honor de Subramanian Chandrasekhar, un astrónomo indio que fue uno de los maestros líderes y destacados de la comunidad astronómica de los EE.UU.

El telescopio de rayos X en órbita "Chandra" fue lanzado desde la Lanzadera Espacial el 23 de julio de 1999. Enfoca los rayos X mediante una serie de espejos anulares. Imagínese cortando la huella de una rueda para producir un anillo con un corte transversal curvado. El telescopio “Chandra" dispone de superficies de enfoque metálicas de la misma forma que el interior de ese anillo y mediante reflexiones superficiales envía los rayos X hacia un foco.

Explosiones de Rayos Gamma

De todos los fotones de alta energía emitidos hacia nosotros desde el universo, probablemente ningunos son más desconcertantes que los emitidos por las explosiones de rayos gamma. En los años 1960, los EE.UU. lanzaron una serie de vehículos espaciales con detectores de rayos gamma precisos, para vigilar las pruebas nucleares espaciales y luego para hacer cumplir la prohibición internacional sobre dichas pruebas. La idea era que teniendo varios satélites separados que registraban los tiempos exactos de llegada de radiación (los rayos gamma viajan a la velocidad de la luz), se podía localizar el origen de la radiación.

[Solo se necesita un cálculo trigonométrico: el "Sistema de Posición Global" (GPS) usa principios bastante similares, con el tiempo de viaje de las ondas de radio de una serie de satélites en órbita registrando la posición de un receptor en tierra.]

Efectivamente los vehículos espaciales observaban breves explosiones de rayos gamma, pero el registro de tiempo sugería que no provenían de la Tierra sino desde el espacio profundo. Luego alguno bastante exacto “fijó” el lugar donde se produjeron varios episodios y hacia allí se dirigieron potentes telescopios, pero no vieron nada digno de atención.

No existe una explicación de las explosiones de rayos gamma de aceptación mayoritaria. Alguna teorías prometedoras fueron abandonadas cuando el satélite de la NASA, Compton Gamma Ray Observatory (CGRO), en 1991 encontró que parecían producirse por todas partes. Han sido originadas en nuestra propia galaxia, concentrándose probablemente en la dirección de la Vía Láctea, donde se encuentran la mayoría de las estrellas de nuestra galaxia (la galaxia es un disco achatado y cuando miramos a la Vía Láctea vemos su borde). La nueva evidencia sugiere que podrían provenir desde galaxias distantes, y si así fuese sus fuentes deberán ser increíblemente potentes.

Nota añadida: El 2 de marzo de 1997, el satélite Italo-holandés BeppoSAX ("Beppo" era el apodo del físico italiano fallecido Ochialini, de cuyo apodo recibió su nombre el observatorio) registró una explosión de rayos gamma y giró su telescopio de rayos X hacia la región. El telescopio observó una fuente continua de rayos gamma y el telescopio en órbita Hubble de la NASA (al igual que el observatorio Keck en tierra), observó una “estrella” visible en la dirección adecuada, probablemente una galaxia distante. Hasta ahora no han aparecido conclusiones definitivas (vea Nature, 17 de abril del 1997, p. 650).

Ondas de Radio

La otra modalidad se parece a la emisión de las ondas de radio desde una antena. La antena de radio porta una rápida corriente alternante que fluye adelante y atrás a su largo, y el movimiento adelante y atrás (visto desde un lado) de una partícula energética, cuando se mueve en espiral alrededor de una línea de campo magnético, actúa de la misma forma. (También se aplican aquí las "leyes del fotón", pero debido a que son muy pequeños, debe utilizarse la “perspectiva de la antena”.)

Las ondas de radio espaciales fueron descubiertas accidentalmente en 1932 por Karl Jansky, un ingeniero de radio de los laboratorios Bell. Desde entonces muchos telescopios han escudriñado los cielos y han descubierto importantes fuentes de radio y microondas. A menudo parecen señalar partículas de alta energía; por ejemplo, algunas fuentes asociadas con distantes galaxias sugieren a partículas atrapadas in enormes estructuras magnéticas. Algunas provienen del centro de nuestra galaxia, en donde radio telescopios separados miles de millas han localizado una fuente enormemente compacta, posiblemente un gigantesco agujero negro.

Las fuentes quizás mejor conocidas de este tipo son los pulsares, fuentes de pulsos de radio cuyo ritmo de repetición es extremadamente regular. Parecen ser “estrellas de neutrones”, restos colapsados dejados por las explosiones de supernovas, estrellas con tanta masa como el Sol pero tan densas como el núcleo atómico, con diámetros no mayores de las 8-10 millas. El colapso también intensifica mucho cualquier campo magnético existente y acelera enormemente la rotación de la estrella, creando estrellas compactas que giran una revolución por segundo, a veces aún más rápido, con unos campos magnéticos extraordinariamente potentes.

Se cree que las pulsaciones de radio provienen de partículas que giran en espiral en esos campos magnéticos y son emitidas en direcciones dictadas por las líneas del campo magnético. Así es como el pulsar gira sus haces de radio, como el haz de luz de un faro, barriendo una y otra vez la Tierra. Se ha observado que el ritmo de la pulsación disminuye lentamente, sugiriendo procesos que frenan progresivamente su rotación.