La aniquilación de positrones galácticos no es una señal de la materia oscura

Mapra de INTEGRAL de la galaxia en 511 keV. Crédito: ESA/ INTEGRAL/ MPE (G. Weidenspointner et al.)

El mapa de INTEGRAL de la línea de emisión de 511 keV ha sido usado para descartar la materia oscura como el origen de la aniquilación de positrones galácticos. En un artículo recientemente publicado en la revista Physical Review Letters, Richard Lingenfelter y sus colegas demostraron que al contrario de lo que se había supuesto en los últimos años, no se requieren fuentes exóticas para explicar las características espaciales y espectrales observadas por INTEGRAL.

Desde su detección hace más de 40 años en un experimento de globo, la línea de emisión de 511 keV desde el centro de la Vía Láctea ha sido una fuente constante de atención observacional y teórica.

La línea de emisión y el continuo de positronio asociado siempre ha parecido estar extendido espacialmente, coincidiendo con el abultamiento galáctico, el halo y el disco galáctico interior.

Que debería haber un abundante producción de positrones en la galaxia es algo que se sabe desde hace mucho: el decaimiento beta de los radionúcleos 56Ni, 44Ti, y 26Alen las eyecciones de supernovas y vientos de las estrellas Wolf Rayet es bien conocido, y puede contar fácilmente con el suministro completo de positrones requeridos para tener en cuenta el flujo observado de rayos gamma.

Recientemente, los análisis de más de 50 millones de segundos de datos recopilados por INTEGRAL produjeron el mapa detallado de emisión de 511 keV del centro de nuestra galaxia. El incremento en resolución espacial y espectral retornado por los instrumentos de INTEGRAL (significativamente por encima de los anteriores detectores de rayos gamma) revelan que la emisión tiene un fuete pico hacia el centro de la galaxia, con una asimetría a lo largo del disco galáctico (ver Weidenspointner et al 2008a,b). Adicionalmente, la proporción de luminosidad del abultamiento a la del disco se encontró que era cuatro veces mayor que con las supernovas galácticas, la fuente principal de positrones.

Durante muchos años la suposición subyacente en la interpretación de los datos de 511-keV ha sido que los positrones se aniquilan cerca de sus fuentes debido a que las condiciones en las que se encuentran son tales que no pueden propagarse largas distancias. Basándose en esta suposición, la expectativa es que la distribución de la radiación encaje bien con la distribución de las fuentes.

La gran discrepancia entre la distribución supuesta de las fuentes y la de la radiación traída a la luz por INTEGRAL ha disparado una búsqueda de nuevos objetos capaces de producir positrones en una región de la galaxia carente de fuentes conocidas de positrones. Los exóticos objetos de materia oscura como los nuevos axinos, bolas Q, fermiones milicargados , y muchos más se han sugerido como fuentes posibles de positrones en el abultamiento.

En un artículo publicado el 17 de julio en la revista Physical Review Letters Richard Lingenfelter y sus colegas James Higdon y Richard Rothschild devuelven el orden al debate. El punto principal acometido por los autores es que es incorrecto suponer que los positrones no pueden propagarse largas distancias, lo cual era la motivación central tras la hipótesis de la materia oscura. Al igual que los electrones de rayos cósmicos de la misma energía de hecho, los positrones pueden viajar sin obstáculos a lo largo de distancias de escalas de kilopársecs debido, como demuestran los autores, la interacción con las fluctuaciones magnéticas a lo largo de la mayor parte de la galaxia es demasiado débil como para afectarles de forma significativa.

Habiendo eliminado el obstáculo de la propagación de los positrones, los autores son ahora capaces de explicar la proporción de flujo observado en términos de fuentes clásicas de positrones. Adicionalmente, permitir la propagación de los positrones hace posible explicar otra característica de la radiación, a saber, la proporción entre el flujo de línea de 511 t el continuo de positronio, un aspecto abandonado por las soluciones de materia oscura al problema. En un artículo compañero publicado en la revista Astrophysical Journal, los autores demuestran que la asimetría observada puede explicarse por la asimetría del brazo espiral de la galaxia visto desde el Sistema Solar, poniendo fin a la necesidad de invocar una explicación exótica para las observaciones experimentales.


Publicación de referencia:

Lingenfelter, R.E., Higdon, J.C. Rothschild, R.E., “Is There a Dark Matter Signal in the Galactic Positron Annihilation Radiation?”, Physical Review Letters, Volume 103, Issue 3, 031301, 2009. DOI:10.1103/PhysRevLett.103.031301

Publicaciones relacionadas:

Higdon, J. C., Lingenfelter, R. E., Rothschild, R. E., “The Galactic Positron Annihilation Radiation and the Propagation of Positrons in the Interstellar Medium”, The Astrophysical Journal, Volume 698, Issue 1, pp. 350-379, 2009. DOI:10.1088/0004-637X/698/1/350
Weidenspointner, G., et al., “An asymmetric distribution of positrons in the Galactic disk revealed by gamma-rays”, Nature, 451, 159-162, 2008a. DOI:10.1038/nature06490
Weidenspointner, G., et al., “Positron astronomy with SPI/INTEGRAL”, New Astronomy Reviews, Volume 52, Issues 7-10, pp 454-456, 2008b. DOI:10.1016/j.newar.2008.06.019

Fecha Original:
22 de julio de 2009
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Comment (1)

  1. [...] para explicar las características espaciales y espectrales observadas por INTEGRAL. En español: http://www.cienciakanija.com/2009/07/22/la-aniquilacion-de-positrones-galacti/ sin comentarios en: cultura, ciencia karma: 20 etiquetas: aniquilación, positrones, [...]

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