Diminuta estrella colapsada disparó un gigantesco haz de materia y antimateria donde la energía se convierte en masa

Una estrella colapsada del tamaño de una ciudad, el púlsar PSR J2030+4415, antiguo resto de una estrella que estalló, tan densa que su gravedad deforma el espacio-tiempo cercano, ha generado un filamento de materia y antimateria (imagen abajo) que se extiende por billones de kilómetros (10^12 km), según lo revela el Observatorio Chandra de rayos X de la NASA. Este descubrimiento podría ayudar a explicar la presencia de positrones (las contrapartes de antimateria de los electrones, con carga positiva) detectados en toda la galaxia de la Vía Láctea y aquí en la Tierra.


Esta imagen del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA y los telescopios ópticos terrestres muestra un haz extremadamente largo de materia y antimateria que se extiende desde un púlsar relativamente pequeño. El panel de la izquierda muestra aproximadamente un tercio de la longitud del haz del púlsar conocido como PSR J2030+4415 (J2030 para abreviar), que se encuentra a unos 1.600 años luz de la Tierra.

J2030 es un objeto denso del tamaño de una ciudad que se formó a partir del colapso de una estrella masiva y actualmente gira unas tres veces por segundo. Los rayos X de Chandra (azul) muestran la parte donde las partículas que fluyen desde el púlsar a lo largo de las líneas del campo magnético se mueven a aproximadamente un tercio de la velocidad de la luz. Una vista de primer plano del púlsar en el panel derecho muestra los rayos X creados por las partículas que vuelan alrededor del propio púlsar. A medida que el púlsar se mueve por el espacio a más de un millón y medio de kilómetros por hora, algunas de estas partículas escapan y crean el extenso filamento. En ambos paneles, se han utilizado datos de luz óptica del telescopio Gemini en Mauna Kea en Hawai y aparecen en rojo, marrón y negro. La longitud total del filamento se muestra en una imagen separada. (Crédito de rayos X: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries)

Aunque la gran mayoría del Universo consiste en materia ordinaria en lugar de antimateria, los científicos continúan encontrando en los detectores de la Tierra evidencia de una gran cantidad relativamente de positrones.

Los púlsares, ¿son la fuente de la antimateria?

¿Cuáles son las posibles fuentes de esta antimateria? Los investigadores de este nuevo estudio de Chandra sobre J2030 creen que los púlsares como este pueden ser una respuesta. La combinación de dos extremos, la rotación rápida y los campos magnéticos elevados de los púlsares, conduce a la aceleración de partículas y a la radiación de alta energía que crea pares de electrones y positrones.




La ecuación de Einstein E = mc^2 está invertida

El proceso habitual de convertir masa en energía determinado por la famosa ecuación E = mc^2 de Einstein se invierte y la energía se convierte en masa. Los campos magnéticos extremos también ayudan a separar los electrones cargados negativamente y los positrones cargados positivamente para que no se aniquilen entre sí.

Un artículo de los astrónomos Martjin de Vries y Roger Romani de la Universidad de Stanford explica que los púlsares generan vientos de partículas cargadas que generalmente están confinadas dentro de sus poderosos campos magnéticos.

Genera una fuga de partículas

El púlsar, según el artículo, está viajando a través del espacio interestelar a aproximadamente 800 mil kilómetros por hora, con el viento detrás de él. Una descarga de gas en proa se mueve frente al púlsar, similar a la acumulación de agua frente a un barco en movimiento. Sin embargo, hace unos 20 o 30 años, el movimiento del arco de choque parece haberse estancado y el púlsar lo alcanzó, lo que resultó en una colisión que probablemente provocó una fuga de partículas donde el campo magnético del viento del púlsar se vinculó con el campo magnético interestelar.

Forma una «boquilla»

Como resultado, explican los autores, los electrones y positrones de alta energía podrían haber salido a chorros a través de una «boquilla» formada por la conexión con la Vía Láctea. Los fuertes campos magnéticos del púlsar pueden colimar las partículas subatómicas en un estrecho chorro relativista de alta densidad que permite que los positrones escapen a grandes distancias interestelares. Las líneas del campo magnético del púlsar luego se reconectan con los campos magnéticos ambientales que impregnan nuestra Vía Láctea, proporcionando un conducto para que los positrones viajen distancias extremas dentro de nuestra galaxia a un tercio de la velocidad de la luz.

Piense en ello como una presa que puede abrirse (parcialmente) para dejar pasar un poco de agua.

“La ‘boquilla’ no debe considerarse literalmente”, dijo Martijn Nicolaas De Vries a The Daily Galaxy .“Más bien”, dice, “es una forma de ilustrar que sólo una pequeña fracción de los electrones y positrones (los más energéticos) se filtran al medio interestelar. El factor más importante aquí es la distancia entre el púlsar y el vértice del arco de choque, que se denomina distancia de separación. Cuanto más pequeño es, más partículas escapan. La reconexión magnética hace que este proceso sea más fácil en un lado del choque específicamente, de modo que las partículas se filtren por un lado pero no por el otro. Una forma alternativa es considerarlo como una presa que puede abrirse (parcialmente) para dejar pasar un poco de agua. Para J2030, la represa estuvo cerrada la mayor parte del tiempo. Pero debido a que golpeó este muro de densidad hace unas décadas, la distancia de separación disminuyó. Y debido a eso, por un tiempo (quizás 10 años más o menos) la represa se abrió un poco y parte del agua (es decir, los electrones/positrones) salió.

Previamente, los astrónomos han observado grandes halos alrededor de púlsares cercanos en luz de rayos gamma que implican que los positrones energéticos generalmente tienen dificultades para filtrarse hacia la galaxia. Esto socava la idea de que los púlsares explican el exceso de positrones que detectan los científicos. Sin embargo, los filamentos de púlsar que se han descubierto recientemente, como J2030, muestran que las partículas en realidad pueden escapar al espacio interestelar y, finalmente, podrían llegar a la Tierra.
________________________________________
Artículo original: Maxwell Moe , astrofísico, NASA Einstein Fellow, Universidad de Arizona a través de Martjin de Vries , Chandra X-Ray Observatory y ArXiv.org – The Daily Galaxy.

Noticias relacionadas: