Detectan un destello de rayos gamma terrestre asociado a la colisión de trayectorias eléctricas durante una tormenta

Durante una tormenta invernal en la región de Hokuriku, al noroeste de Japón, un equipo de investigación logró registrar un destello de rayos gamma terrestre, fenómeno que suele producirse en la alta atmósfera pero rara vez se detecta cerca del nivel del suelo. Gracias a un conjunto de instrumentos ópticos, sensores de radiación y equipos de radiofrecuencia instalados en torres de transmisión, los científicos pudieron analizar con detalle cómo se genera este tipo de radiación durante eventos de descarga eléctrica en las tormentas.

El fenómeno fue detectado cuando dos trayectorias eléctricas opuestas, una descendente y otra ascendente, se aproximaron y colisionaron a menos de un kilómetro sobre la superficie. El equipo registró la presencia de electrones acelerados a velocidades relativistas, lo que generó la emisión de fotones de alta energía en forma de rayos gamma. Este proceso, conocido como destello de rayos gamma terrestre, se asocia típicamente a fuertes campos eléctricos que se desarrollan en regiones compactas entre trayectorias eléctricas en direcciones contrarias.

La observación incluyó la sincronización precisa de datos ópticos y radioeléctricos, permitiendo identificar el momento exacto en que la radiación de alta energía coincidió con la colisión de las trayectorias eléctricas. El destello se produjo decenas de microsegundos antes del pico de corriente principal, lo que indica que el campo eléctrico fue suficientemente intenso para acelerar y multiplicar los electrones en el aire antes de que la descarga alcanzara su máximo.

Estos resultados no solo confirman la existencia de destellos de rayos gamma asociados a descargas eléctricas terrestres, sino que también sugieren que las condiciones para su formación pueden darse en tormentas invernales, en zonas costeras con estructuras altas como torres de televisión. El análisis del espectro energético mostró la presencia de fotones por encima de 1 MeV, lo que distingue a estos destellos de otras emisiones de rayos X generadas en las tormentas.

La investigación aporta evidencia relevante sobre la dinámica de los campos eléctricos en tormentas severas y su capacidad para producir fenómenos energéticos normalmente asociados al espacio exterior. Se plantea que la interacción entre trayectorias eléctricas opuestas concentra la energía en volúmenes muy pequeños, favoreciendo la aparición de electrones desbocados y la generación de radiación gamma de alta intensidad.

Además de las mediciones directas de radiación, el equipo utilizó sistemas de localización de señales de radiofrecuencia y cámaras ópticas de alta velocidad para reconstruir la evolución tridimensional de la descarga. El registro simultáneo de señales permitió determinar que el destello ocurrió justo antes de la corriente principal entre la nube y el suelo, en el punto de máxima intensidad del campo eléctrico.

Estos hallazgos contribuyen a mejorar la comprensión de los procesos físicos extremos que se producen durante las tormentas eléctricas y podrían ayudar a identificar condiciones propicias para la formación de destellos gamma terrestres en otras regiones del mundo. El estudio también sugiere que estos eventos, aunque infrecuentes, pueden representar riesgos para la aviación y las infraestructuras sensibles a la radiación.

La investigación fue liderada por equipos de la Universidad de Osaka, el Instituto de Investigación Industrial de Ishikawa y la Universidad de Gifu, con apoyo de redes de detección de rayos y estaciones de observación atmosférica de todo Japón. Los resultados subrayan la importancia de la observación multifrecuencia y la colaboración interdisciplinaria para desentrañar los mecanismos de los fenómenos más energéticos de nuestro planeta.

Referencias: Science Advances