Las partículas de antimateria se estrellan contra la Tierra, y los científicos no saben por qué

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El observatorio de rayos gamma HAWC detecta los rayos cósmicos desde su altitud de 13,500 pies en el Parque Nacional Pico de Orizaba en México. El volcán Sierra Negra se vislumbra grande en el fondo.

                    Crédito: HAWC
                
            

Más partículas de antimateria fluyen hacia la Tierra de lo que los científicos pueden explicar, y una nueva investigación desde un observatorio en la cima de una montaña en el centro de México profundiza el misterio al tachar una posible fuente.

La Tierra está constantemente bañada por partículas de alta energía de una variedad de fuentes cósmicas. El físico Victor Hess utilizó un globo para proporcionar la primera evidencia de la naturaleza extraterrestre de los rayos cósmicos en 1912. Desde entonces, los científicos han identificado y explicado una variedad de diferentes tipos, pero el origen de algunas de estas partículas sigue eludiendo a los expertos.

El hallazgo reciente, detallado en la revista Science hoy (17 de noviembre), se refiere a los positrones, los complementos antimateria de los electrones. Las partículas de alta energía, generalmente protones, que viajan a través de la galaxia pueden crear pares de positrones y electrones cuando interactúan con el polvo y el gas en el espacio, dijo a Space.com el coautor del estudio Hao Zhou, del Laboratorio Nacional Los Alamos. En 2008, el detector PAMELA basado en el espacio midió inesperadamente un gran número de positrones terrestres. Esto fue aproximadamente 10 veces más de lo que esperaban ver, según Zhou. [Supernova Face-Off May Solve 40-Year-Old Antimatter Mystery]

Después de años de trabajo, los campamentos se fusionaron en torno a dos explicaciones distintas, según un comunicado de la Universidad Tecnológica de Michigan, que participó en el nuevo estudio. Una hipótesis sugiere que las partículas provienen de púlsares cercanos, núcleos que giran rápidamente de estrellas quemadas, que pueden batir partículas como electrones y positrones a velocidades increíbles. El otro grupo postula un origen más exótico para los positrones en exceso, quizás involucrando a la materia oscura, una entidad desconocida pero omnipresente que representa el 80 por ciento de la masa del universo.

Las partículas como los positrones que llevan una carga eléctrica son difíciles de detectar en la Tierra ya que pueden ser desviadas por el campo magnético del planeta. Pero los científicos tienen una solución alternativa. Las partículas también interactúan con el fondo de microondas cósmico: una corriente siempre presente de fotones de baja energía que quedan del nacimiento del universo. "El electrón de alta energía, o positrón, [will] patea el fotón de baja energía … por lo que este fotón se convierte en un rayo gamma de alta energía", dijo Zhou. "Estos rayos gamma, que no tienen carga eléctrica, pueden atravesar el campo magnético y llegar hasta la superficie de la Tierra".

                    
            

El equipo de Zhou hizo mediciones detalladas de los rayos gamma procedentes de dos púlsares cercanos, Geminga y su compañero PSR B0656 + 14, que son la edad y distancia correctas de la Tierra para explicar el exceso de positrones. Para hacer esto, los científicos utilizaron el Observatorio de Rayos Gamma de Agua a Alta Altitud Cherenkov (HAWC), ubicado a unas 4 horas al este de Ciudad de México. HAWC comprende más de 300 tanques de agua extra pura. Cuando los rayos gamma surgen en la atmósfera, crean una cascada de partículas de alta energía. A medida que esta lluvia de partículas pasa a través de los tanques de HAWC, emite destellos de luz azul, que los científicos pueden usar para determinar la energía y el origen del rayo cósmico original.

Los datos de HAWC revelaron que las partículas se alejan de los púlsares demasiado lentamente como para explicar el exceso de positrones, según un comunicado de la Universidad de Maryland, cuyos investigadores también contribuyeron al trabajo. Para haber llegado hasta aquí, las partículas tendrían que haberse ido antes de que se formaran los púlsares, dijo Zhou.

Los colegas de Zhou son rápidos en señalar una advertencia importante. "Nuestra medición no decide la cuestión a favor de la materia oscura, pero cualquier teoría nueva que intente explicar el exceso usando púlsares tendrá que coincidir con los nuevos datos", señaló Jordan Goodman, físico de la Universidad de Maryland, el investigador principal y portavoz de EE. UU. la colaboración HAWC, dijo en la declaración de Maryland.

Al observar las rotaciones de las galaxias, los científicos determinaron que el universo contiene más masa que los objetos que podemos observar. Ellos llaman a esta misteriosa materia oscura masa extra. Además de ver la influencia gravitacional de la materia oscura desde lejos, nadie lo ha detectado directamente de otra manera. Sin embargo, un modelo popular de la sustancia implica partículas masivas de interacción débil, o WIMPS, que interactúan con la materia regular únicamente a través de la gravedad. Si estas partículas propuestas se descompusieran, o se aniquilaran de alguna manera, podrían concebiblemente generar pares de electrones y positrones, dijo Zhou.

También hay otros procesos astrofísicos a considerar. Los restos de supernova y microcuásares, objetos extremadamente brillantes formados como espirales de materia hacia un agujero negro, pueden producir positrones, dijo Zhou. Y existe la posibilidad de que el modelo inicial de interacciones de partículas con el fondo cósmico de microondas sea inexacto. "Para confirmar la detección de la materia oscura, supongo, todavía hay un largo camino por recorrer", dijo Zhou. "Tenemos que descartar todos estos procesos astrofísicos".

El equipo de Zhou planea aprovechar el increíblemente amplio campo de visión de HAWC para reducir estas alternativas en futuros estudios.

Envíe un correo electrónico a Harrison Tasoff a htasoff@space.com o síguelo @harrisontasoff. Síganos @Spacedotcom, Facebook y Google+. Artículo original en Space.com.

        

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