En busca de galaxias de antimateria, strangelets, miniagujeros negros y otras rarezas del universo

Un nuevo instrumento, el AMS, probará las teorías de la materia oscura y buscará «strangelets«, una forma teórica de materia formada por los llamados quarks extraños. El comprender mejor los strangelets ayudará a los científicos a estudiar los microcuásares y los minúsculos y primordiales agujeros negros en el momento en que se evaporan, lo que nos dirá si estos pequeños agujeros negros aún existen

El programa de las lanzaderas espaciales de la NASA está terminando.Faltando sólo una media docena de vuelos, la tripulación del transbordador hizo sus toques finales en la Estación Espacial Internacional (ISS), poniendo fin a doce años de construcción orbital sin precedentes. El icono y bestia de carga del programa espacial norteamericano ha terminado su gran tarea.

Pero, como diría el CEO de Apple, Steve Jobs, hay una cosa más …

Una ley del Congreso de EEUU añadió en 2008 un vuelo al calendario previsto, cerca del final del programa. Previsto para el 2010, este vuelo extra de lalanzadera va a iniciar una cacería de galaxias de antimateria.

El dispositivo que se usará para la caza se llama Espectrómetro Magnético Alfa (Alpha Magnetic Spectrometer, o AMS). Es un detector de rayos cósmicos con un valor de us$ 1.500 millones, que el transbordador llevará a la ISS.

El Espectrómetro Magnético Alfa.
Imagen cortesía del MIT

Además de la detección de galaxias distantes hechas de antimateria, el AMS también probará las teorías de la materia oscura, una misteriosa sustancia invisible que comprende el 83 por ciento de la materia en el universo. Y buscará «strangelets», una forma teórica de materia ultra-masiva, ya que contiene los llamados quarks extraños. Una mejor comprensión de los strangelets ayudará a los científicos a estudiar los microcuásares y los minúsculos y primordiales agujeros negros en el momneto en que se evaporan, lo que nos dirá si estos pequeños agujeros negros aún existen.

Todos estos fenómenos exóticos podrían hacerse evidentes por la ultra-alta energía de los rayos cósmicos que emiten, el tipo de partículas para las que es sobresaliente en la detección el AMS.

«Por primera vez, el AMS medirá los rayos cósmicos de muy alta energía con mucha precisión», explica el premio Nobel Samuel Ting, físico en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, que concibió el AMS y ha guiado su desarrollo desde 1995.


Galaxias de antimateria, materia oscura, strangelets, son fenómenos que los científicos ya conocen. Si nos dejamos llevar por la historia, los descubrimientos más emocionantes serán cosas que nadie ha imaginado. Así como los radiotelescopios y telescopios de infrarrojo revelaron alguna vez fenómenos cósmicos que habían estado invisibles para los telescopios ópticos, AMS abrirá otra faceta del cosmos para la exploración.

«Vamos a explorar nuevos territorios en su conjunto», dice Ting. «Con posibilidad de descubrimientos que están fuera de los mapas».

Ting compara al AMS a menudo con las instalaciones de aceleradores de partículas de gran potencia como el CERN en Ginebra, Suiza. En lugar de detectar rayos cósmicos de alta velocidad en la galaxia, estos aceleradores subterráneos crean sus propias partículas localmente utilizando enormes cantidades de energía eléctrica. Para estudiar las partículas, el CERN y el AMS emplean el mismo truco básico: usan campos magnéticos fuertes para desviar las partículas y conjuntos de placas de silicio y otros sensores dentro de los detectores para seguir los curvados caminos de las partículas .

Muchos terabytes de datos surgen de estos sensores, y las superorcomputadoras los «digieren» para inferir la masa de cada partícula, su energía y carga eléctrica. La supercomputadora es parte de la razón por la que AMS se debe montar en la ISS en lugar de ser un satélite de vuelo libre. AMS produce demasiados datos como para transmitirlos a la Tierra, por lo que debe llevar a bordo una supercomputadora con 650 procesadores para hacer el cálculo en órbita. En parte porque para este gigante ordenador, AMS requiere 2,5 kilovatios de potencia, mucho más que lo que pueden ofrecer los paneles solares de un satélite normal. Este consumo puede ser cubierto tranquilamente en la estación espacial, que tiene una fuente de alimentación de 100 kilovatios de potencia.

«AMS es, básicamente, un detector de partículas de propósito múltiple que se trasladó al espacio», dice Ting.

Hay dos diferencias importantes entre el AMS y los aceleradores subterráneos, sin embargo. En primer lugar, el AMS detecta partículas como los núcleos pesados, que tienen niveles de energía mucho mayores que los que aceleradores de partículas pueden lograr. El acelerador de partículas más potente del mundo, el Large Hadron Collider (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN, puede producir choques de partículas con una energía de unos 7 tera-electronvoltios (TeV, una forma común de medir la energía en la física de partículas). En cambio, los rayos cósmicos pueden tener energías de 100 millones de TeV, o más. La otra diferencia importante es que los aceleradores hacen chocar partículas entre sí para aprender acerca de ellas, mientras que el AMS observará partículas de alta energía llegadas del espacio exterior, lo que ayuda a aprender más sobre el cosmos.

Por ejemplo, un misterio de larga data en la cosmología es el caso de la antimateria desaparecida. Según los mejores modelos físicos, el Big Bang debería haber producido la misma cantidad de antimateria que de materia. Por lo tanto, ¿dónde está toda esa antimateria? No puede estar cerca, porque si lo estuviera, veríamos fuertes emisiones de rayos X cuando la antimateria entra en contacto con la materia y se aniquilan.

Una explicación podría ser que algunas galaxias distantes están hechas totalmente de antimateria en vez de materia. Como la antimateria no se ve diferente de la materia ordinaria, los astrónomos no podrían decir si una lejana galaxia está hecha de materia o antimateria sólo con mirarla. Sin embargo, el AMS puede encontrar pruebas sólidas de galaxias de antimateria, sólo con que detecte un solo núcleo de anti-helio o de un elemento más pesado de antimateria.

Las colisiones entre los rayos cósmicos pueden producir partículas de antimateria cerca de la Tierra, pero las probabilidades de que estas colisiones produzcan un núcleo intacto de anti-helio son tan ínfimamnete pequeñas que incluso si se encuentra un único núcleo de anti-helio esto indicaría, casi seguro, que el núcleo ha llegado a la Tierra desde una región distante del universo dominada por la antimateria.

Un dibujo del espectrómetro magnético alfa instalado en la Estación Espacial Internacional

Otros instrumentos, como el satélite italiano PAMELA, han buscado núcleos de anti-helio, pero ninguno ha sido lo suficientemente sensible como para definir la existencia de galaxias de antimateria. El AMS tiene una capacidad unas 200 veces superior de recoger partículas de energía que todo lo que se ha puesto en vuelo antes. Si el AMS detecta que no hay núcleos de anti-helio, dice Ting, los científicos sabrán que no hay galaxias de antimateria dentro de 1.000 megaparsecs, o aproximadamente hasta el borde del universo observable.

Otro misterio que AMS ayudará a resolver es la naturaleza de la materia oscura. Los científicos saben que la gran mayoría del universo está formado de una materia oscura invisible en lugar de materia ordinaria. Pero simplemente no saben qué es esta materia oscura.

Una teoría dice que la materia oscura está formada por una partícula denominada neutralino. Las colisiones entre neutralinos deberían producir un gran número de positrones de alta energía, por lo que AMS podría si la materia oscura está hecha de neutralinos buscando este exceso de positrones energéticos.

«Por primera podremos averiguar de qué esta hecha la materia oscura», dice Ting.

Fuente: NASA. Aportado por Eduardo J. Carletti

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