Los rayos gamma de ultraalta energía son rayos gamma con energías de fotones superiores a 100 TeV (0,1 PeV). Tienen una frecuencia superior a 2,42 × 10 28 Hz y una longitud de onda inferior a 1,24 × 10 −20 m. La existencia de estos rayos se confirmó en 2019. [1] En un comunicado de prensa del 18 de mayo de 2021, el Gran Observatorio de Lluvias de Aire a Gran Altitud (LHAASO) de China informó de la detección de una docena de rayos gamma de ultraalta energía con energías superiores a 1 petaelectronvoltio (cuatrillón de electronvoltios o PeV), incluido uno de 1,4 PeV, el fotón de mayor energía jamás observado. Los autores del informe han denominado PeVatrones a las fuentes de estos rayos gamma PeV.
Los rayos gamma de energía ultraalta son importantes porque pueden revelar la fuente de los rayos cósmicos . Si se descuenta el efecto relativamente débil de la gravedad, viajan en línea recta desde su fuente hasta un observador. Esto es diferente de los rayos cósmicos, cuya dirección de viaje está alterada por los campos magnéticos. Las fuentes que producen rayos cósmicos casi con certeza también producirán rayos gamma, ya que las partículas de rayos cósmicos interactúan con núcleos o electrones para producir fotones o piones neutros que a su vez se desintegran en fotones de energía ultraalta. [2]
La relación entre los hadrones de rayos cósmicos primarios y los rayos gamma también proporciona una pista sobre el origen de los rayos cósmicos. Aunque los rayos gamma podrían producirse cerca de la fuente de rayos cósmicos, también podrían producirse por interacción con el fondo cósmico de microondas a través del límite de corte de Greisen-Zatsepin-Kuzmin por encima de 50 EeV. [3]
Los rayos gamma de energía ultraalta interactúan con los campos magnéticos para producir pares positrón-electrón. En el campo magnético de la Tierra, se espera que un fotón de 10 21 eV interactúe a unos 5000 km por encima de la superficie de la Tierra. Las partículas de alta energía luego continúan produciendo más fotones de energía más baja que pueden sufrir el mismo destino. Este efecto crea un haz de varios fotones de rayos gamma de 10 17 eV que se dirigen en la misma dirección que el fotón UHE original. Este haz tiene menos de 0,1 m de ancho cuando golpea la atmósfera. Estos rayos gamma son de energía demasiado baja para mostrar el efecto Landau-Pomeranchuk-Migdal . Solo el campo magnético perpendicular a la trayectoria del fotón causa la producción de pares, de modo que los fotones que llegan en paralelo a las líneas del campo geomagnético pueden sobrevivir intactos hasta que se encuentran con la atmósfera. Estos fotones que pasan a través de la ventana magnética pueden producir lluvias de rayos Landau-Pomeranchuk-Migdal. [3]