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El exceso de positrones está relacionado con el púlsar Geminga

Posted by keithcoors_00 en 13 agosto, 2009

Y, al principio, todo fue curiosidad

Isaac Asimov


Desde Physics World
Por Bob Swarup

Traducción: KC


¿Acaso el recién detectado exceso de electrones y positrones cósmicos es la primera evidencia directa de la existencia de partículas de materia oscura? Esa ha sido la esperanza de muchos físicos, mientras que otros han sugerido un origen más mundano en las cercanías de un púlsar. Ahora los investigadores en los EE.UU. afirman que los excesos se pueden vincular a rayos gamma de alta energía emitida por el púlsar Geminga.

La materia oscura fría es la explicación más aceptada de por qué el universo parece tener al menos un 80% más masa gravitatoria que la directamente visible. Se espera que las partículas de materia oscura choquen entre sí y se aniquilen – produciendo partículas de alta energía, tales como electrones y positrones. Si estas partículas se puede observar, representarían la forma más directa de evidencia de la existencia de la materia oscura.

Los excesos de electrones y positrones de alta energía desde el espacio han sido revelados por varios experimentos. En particular, en 2008, investigadores que trabajan con el satélite PAMELA encontraron un exceso de positrones en el intervalo 10-100 GeV en el espectro de rayos cósmicos. Los resultados no podían ser explicados por los modelos estándar del origen de rayos cósmicos y de propagación por la Vía Láctea y en su lugar se propuso una “fuente” cercana de positrones de alta energía. Sin embargo, no ha habido pruebas concluyentes de la vinculación de positrones con la materia oscura – la tasa de aniquilación es mucho mayor de lo esperado a partir de las teorías estándar.

Positrones de Geminga

Ahora, Hasan Yuksel y Todor Stanev de la Universidad de Delaware y Matthew Kistler de la Universidad Estatal de Ohio, afirman que el origen de estos positrones es Geminga – una estrella de neutrones cercana con una rotación rápida. Los resultados también representan la primera vez que los astrónomos pueden vincular los rayos cósmicos a una fuente específica.

En el centro de su teoría hay una serie de observaciones aparentemente no vinculadas por parte del observatorio

Milagro de rayos gamma en Nueva México, que ha visto un halo de rayos gamma de alta energía desde fuentes alrededor de Geminga. Situado a unos 800 años luz de distancia de la Tierra y con una edad de unos 300,000 años, Geminga es la fuente conocida de rayos gamma más cercana a la Tierra, con excepción de los cuerpos del sistema solar.

“Queríamos entender el origen de estos rayos gamma, que no se espera uno de esos viejos púlsares”, explica Yuksel. “Encontramos que esto implica que los pares de electrones y positrones se producen cerca del púlsar y son acelerados hasta muy altas energías.”

Campos magnéticos entrelazados

Es importante destacar que el alcance de la emisión de rayos gamma también implica que un “viento” de estas partículas se escapa del púlsar, lo que confirma la presencia de un poderoso acelerador de partículas cerca de la Tierra y lo que sugiere que los rayos cósmicos producidos en el pasado más activo de Geminga son – después de un tortuoso viaje a través de la Vía Láctea entre la maraña de campos magnéticos – probablemente la fuente del exceso de positrones observado por PAMELA.

Si es así, los resultados también son susceptibles de ser la primera detección “directa” de de rayos cósmicos. “Cuando se detectan los rayos cósmicos en la atmósfera o en el espacio, no podemos deducir fácilmente su origen pues sus trayectorias son fácilmente dobladas en la Vía Láctea por los campos magnéticos y cualquier información pertinente se suele perderse”, dice Kistler. “Sin embargo, si el exceso de positrones observados pueden asociarse 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 originó”.

Otros astrónomos han acogido con satisfacción el resultado. “Es a primera vista no tan terriblemente sorprendente que Geminga pudiera ser la fuente del exceso de positrones detectado por PAMELA ya que es el el púlsar energético más cercano”, dice Stefan Funk de la Universidad de Stanford en California y un miembro asociado del observatorio HESS de rayos gamma. “Sin embargo, conectando esto con las recientes observaciones de Milagro, se puede utilizar, en princpio, para calcular el número de partículas que nos llegan desde Geminga si estas partículas son electrones.”

No renunciar a la materia oscura

Douglas Finkbeiner de la Universidad de Harvard en Massachusetts es más cauteloso. “Me alegra que las personas estén desarrollando la explicación de púlsares y los púlsares sin duda contribuyen a esta señal en algún nivel”, dice. “Pero actualmente no se conoce lo suficiente acerca de los púlsares como para excluir la posibilidad de que otra cosa domine el fenómeno observado.”

Yuksel y sus colegas aceptan que la materia oscura no se puede descartar por el momento. Sin embargo, piensan que nuevas observaciones de otros experimentos más sensibles examinarán a Geminga con más detalle, y permitirán a los científicos medir mejor la cantidad total de energía contenida en los rayos cósmicos que fluyen desde el púlsar.

El trabajo se reportó en el Physical Review Letters

Imagen: PAMELA
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