¿Los recientes excesos de electrones y positrones cósmicos serán la primera prueba directa de la existencia de partículas de materia oscura? Esto es lo que esperaban muchos físicos, mientras que otros han sugerido un origen más mundano: un púlsar cercano
Investigadores de Estados Unidos afirman ahora que el exceso puede estar vinculado a rayos gamma de alta energía que emite el púlsar Geminga.
La fría materia oscura es la explicación más aceptada de por qué el universo parece tener por lo menos un 80% más de masa gravitatoria que la que es directamente visible. Se espera que las partículas de materia oscura colisionen entre sí y se aniquilen, produciendo partículas de alta energía tales como electrones y positrones. Si esas partículas se pudiesen observar, representarían la prueba más directa hasta el momento de la existencia de materia oscura.
En distintos experimentos.se ha informado de un exceso de positrones y electrones de alta energía procedentes del espacio. En particular, en 2008, los investigadores que trabajan con el satélite PAMELA encontraron un exceso de positrones de 10 a 100 GeV en el espectro de los rayos cósmicos. Los resultados no se podrían explicar con los modelos estándar del origen de los rayos cósmicos, y su propagación en la Vía Láctea también indica la «fuente» cercana de positrones de alta energía que se ha sugerido. No obstante, no hay evidencias concluyentes que vinculen los positrones con la materia oscura, y el índice de aniquilación es por lejos mayor que el esperado en base a las teorías estándar.
Positrones desde Geminga
Ahora, Hasan Yuksel y Todor Stanev de la Universidad de Delaware y Matthew Kistler de la Universidad Estatal de Ohio afirman que la fuente de estos positrones es Geminga, una estrella de neutrones próxima, de giro rápido. Estos resultados también marcan la primera vez que los astrónomos pueden vincular los rayos cósmicos con una fuente específica.
En la base de su teoría está el conjunto de observaciones del observatorio Milagro de rayos gamma en Nuevo México, al parecer no relacionado, que ha observado un halo de fuentes de rayos gamma de alta energía alrededor de Geminga. A aproximadamente 800 años luz de distancia de la Tierra, y con unos 300.000 años de vida, Geminga es la fuente de rayos gamma más cercana a la Tierra, fuera de los cuerpos del Sistema Solar.
«Queríamos comprender el origen de estos rayos gamma, que no se esperaban en un púlsar tan antiguo», explica Yuksel. «Encontramos que estos rayos implican que se están produciendo pares de electrones y positrones cerca del púlsar, y que se aceleran a energías muy altas».
Campos magnéticos entrelazados
Lo importante es que la extensión de la emisión de rayos gamma implica, además, que escapa un «viento» de estas partículas del púlsar, lo que confirma la presencia de un potente acelerador de partículas cerca de la Tierra y sugiere que los rayos cósmicos que se produjeron en el pasado más activo de Geminga son —luego de un recorrido por los campos magnéticos entrelazados de la Vía Láctea— el probable origen del exceso de positrones que observó PAMELA.
Si es así, los resultados también serían, probablemente, la primera detección «directa» de rayos cósmicos. «Cuando se detectan rayos cósmicos en la atmósfera o en el espacio, no podemos inferir su origen con facilidad dedido a que su trayectoria es fácilmente altererada por los campos magnéticos de la Vía Láctea, y usualmente se pierde toda información relevante», dice Kistler. «No obstante, si el exceso de positrones que se ha observado se puede asociar con un objeto conocido cerca de la Tierra, entonces, por primera vez, se establecerá una conexión entre una población de rayos cósmicos y la fuente que les dio origen».
Otros astrónomos han recibido bien este resultado. «A primera vista, no es una tremenda sorpresa que Geminga sea la fuente del exceso de positrones que observó PAMELA porque es el púlsar energético más cercano», dice Stefan Funk de la Universidad de Stanford en California y miembro asociado del observatorio HESS de rayos gamma. «No obstante, conectando esto con las recientes observaciones de Milagro, puede usarse, en principio, para calcular la cantidad de partículas que nos llegarían desde Geminga si esas partículas fuesen electrones».
No se debe descartar la energía oscura
Douglas Finkbeiner, de la Universidad de Harvard en Massachusetts, es más cauto. «Me encanta que la gente aporte la explicación del púlsar, y por cierto los púlsares contribuyen en algún nivel a esta señal», dice. «Pero no se sabe lo suficiente sobre los púlsares en este momento como para excluir la posibilidad de que predomine alguna otra cosa».
Yuksel y sus colegas aceptan que por el momento no se puede descartar la materia oscura. Sin embargo, creen que nuevas observaciones con otros experimentos más sensibles analizarán Geminga con más detalle y permitirán que los científicos evalúen mejor la cantidad total de energía que contiene el flujo de rayos cósmicos que llega desde el púlsar.
Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti
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