Un brillo ultraenergético en las tormentas ilumina el misterioso origen de los rayos

El mecanismo que desencadena los rayos sigue siendo un misterio para la ciencia. Los campos eléctricos medidos en las nubes son 10 veces más pequeños que los necesarios para desencadenar los rayos. No obstante, los investigadores tienen una pista. Desde los años 80, se ha detectado que durante las tempestades las nubes emiten rayos gamma: una radiación ultraenergética que se suele encontrar cerca de los agujeros negros o de las supernovas. 

Ahora, las observaciones hechas por un avión capaz de sobrevolar las nubes durante una tormenta (parecido a los aviones espía de la guerra fría) han revelado una gran variedad y abundancia de radiaciones de alta energía: desde una parecida a brillo difuso hasta picos tan intensos que ciegan los instrumentos (todo ello, en un rango invisible para el ojo humano). Esas radiaciones podrían ser el desencadenante de los rayos, pero es pronto para dar el problema por resuelto.

"Los rayos de las tormentas ocurren justo encima de nuestras cabezas y no sabemos cómo", observa Joseph Dwyer, investigador de la Universidad de New Hampshire, que no trabajó en los últimos descubrimientos pero los revisó para la revista Nature, donde se publicaron. Dwyer es uno de los mayores expertos mundiales en modelizar este fenómeno. 

"El campo eléctrico que se mide en las nubes es casi 10 veces menor de los que serviría para disparar una centella", afirma Martino Marisaldi, científico de la Universidad de Bergen y coautor de los trabajos, junto a un equipo internacional del cual forman parte también investigadores de la Universitat Politècnica de Catalunya.

Acercarse a las nubes para medir no es nada fácil. La propia presencia de un globo o de un avión puede alterar los campos y ser responsable de desencadenar relámpagos.  

Posiblemente, sean las observaciones las que fallen. "Quizás hay grandes campos en puntos o momentos concretos que no conseguimos observar", afirma Dwyer. "Debe de haber algo que incrementa el campo en un punto para disparar el rayo", especula Marisaldi.

Radiación en las nubes

Ese algo podrían ser los rayos gamma, una radiación ultraenergética que normalmente se observa en agujeros negros u otros eventos astronómicos extremos. En la Tierra suelen aparecer dentro de las centrales nucleares o de los aceleradores de partículas. 

A partir de los años 80, se detectó su presencia en las tormentas. En ellas, se genera un campo eléctrico suficiente para acelerar los electrones cerca de la velocidad de la luz. Eso genera un proceso de cascada que acaba generando más y más electrones ultrarrápidos y disparando los rayos gamma. "Eso convierte a las nubes en grandes aceleradores de partículas", observa Dwyer.

"Los rayos gamma son muy energéticos. Una nube tiene más energía de lo que sospechamos", afirma Jordi Mazón, físico experto en meteorología de la Universitat Politècnica de Catalunya, no implicado en el trabajo.

En avión encima de la tormenta

En los últimos experimentos, los autores han aprovechado los aviones ER2, una versión científica de los aviones espía U2. Estos vehículos, guiados por un piloto ataviado como un astronauta, pueden alcanzar los 20 kilómetros de altura y sobrevolar las nubes en plena tormenta, algo que no consiguieron las observaciones anteriores con aviones normales. 

Además, los científicos pueden dirigir en tiempo real al piloto hacia las zonas más activas. Finalmente, los aviones llevan una gran carga de sensores que permiten caracterizar las nubes de forma muy detallada.

En 2023, los autores de los recientes trabajos llevaron a cabo 10 vuelos sobre tempestades en el Caribe y América central. "El avión lleva solo un piloto, pero nosotros seguíamos las medidas en directo y nos comunicábamos con él desde la base en Florida: fue muy emocionante", recuerda Marisaldi.

Las medidas han cambiado completamente la imagen que tenían los científicos en cuanto a las radiaciones de las tormentas. En primer lugar, el avión detectó centenares de fenómenos de brillo de rayos gamma encima de las nubes, muchos más de lo que se pensaba. "En su fase madura, las nubes están emitiendo rayos gamma todo el rato", observa Marisaldi.

Las observaciones también capturaron más de cien destellos de rayos gamma terrestres, unos chispazos cortísimos, de millonésimas de segundos, pero tan potentes que llegan a cegar los instrumentos de medida. 

Estos grandes destellos ya eran conocidos, pero las nuevas medidas revelaron una nueva clase: una veintena de destellos parpadeantes de rayos gamma, un fenómeno hasta ahora desconocido, que tienen intensidad y duración intermedias entre los superchispazos y los brillos extendidos. 

"La emisión de rayos gamma durante las tormentas es un fenómeno mucho más complejo de lo que se pensaba", afirma Dwyer.

¿La clave del misterio de los rayos?

Esta ebullición de rayos gamma parece tener una vinculación clara con los rayos. Por ejemplo, después de un fenómeno de brillo o de un destello parpadeante, muy a menudo se dispara un rayo. "Los modelos sugieren que los rayos gamma podrían apoyar la electrificación que generan los grandes campos necesarios para los rayos", afirma Dwyer. "Aún no tenemos la pistola humeante, pero estamos planificando otras observaciones que podrían detallar el asunto", explica Marisaldi.

Mientras tanto, Dwyer llama a evitar malentendidos. "La gente no debería dejar de volar por miedo a esos rayos gamma. No hay ninguna evidencia de que representen ningún peligro para la salud", concluye.