Exceso de positrones vinculado al púlsar Geminga

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Pamela

¿Los recientes excesos de electrones y positrones cósmicos son la primera prueba directa de la existencia de partículas de materia oscura? Esta ha sido la esperanza de muchos físicos, mientras que otros han sugerido un origen más mundano en un púlsar cercano. Ahora, investigadores de los Estados Unidos afirman que el exceso puede estar vinculado a rayos gamma de alta energía emitidos por el púlsar Geminga.

La materia oscura fría es la explicación más aceptada a por qué el universo parece tener al menos un 80% más de masa gravitatoria de lo que es directamente visible. Las partículas de materia oscura se espera que colisionen entre sí y se aniquilen — produciendo partículas de alta energía tales como electrones y positrones. Si pudiesen observarse estas partículas, representarían la prueba más directa de la existencia de materia oscura.

Se ha informado del exceso de positrones y electrones procedentes del espacio en distintos experimentos. En particular, en 2008, los investigadores que trabajan en el satélite PAMELA encontraron un exceso de positrones de 10–100 GeV en el espectro de rayos cósmicos. Los resultados podrían no explicarse mediante los modelos estándar del origen de los rayos cósmicos y su propagación en la Vía Láctea en lugar de la sugerida “fuente” cerca de positrones de alta energía. No obstante, no ha habido pruebas concluyentes que vinculen los positrones a la materia oscura – y el índice de aniquilación es mucho mayor de lo esperado por 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 la fuente de estos positrones es Geminga — una estrella de neutrones cercana de giro rápido. Los resultados también representan la primera vez que los astrónomos pueden vincular los rayos cósmicos con una fuente específica.

En el corazón de su teoría está el aparentemente no relacionado conjunto de observaciones del observatorio de rayos gamma Milagro en Nuevo México, el cual ha visto un halo de fuentes de rayos gamma de alta energía alrededor de Geminga. Situado aproximadamente a 800 años luz de distancia de la Tierra y con unos 300 000 años de antigüedad, Geminga es la fuente de rayos gamma más cercana a la Tierra, excluyendo los cuerpos del Sistema Solar.

“Queríamos comprender el origen de estos rayos gamma, los cuales no se esperaban de un púlsar tan viejo”, explica Yuksel. “Encontramos que implica que se producen pares de electrones y positrones cerca del púlsar y se aceleran a energías muy altas”

Campos magnéticos entrelazados

Es importante señalar que, la extensión de la emisión de rayos gamma también implica que un “viento” de estas partículas escapa del púlsar, confirmando la presencia de un potente acelerador de partículas cerca de la Tierra y sugiriendo que los rayos cósmicos producidos en el pasado más activo de Geminga — tras un rodeo a través de los campos magnéticos entrelazados de la Vía Láctea — son la fuente probable del exceso de positrones observado por PAMELA.

De ser así, los resultados también es probable que sean la primera detección “directa” de rayos cósmicos. “Cuando se detectan rayos cósmicos en la atmósfera o en el espacio, no podemos deducir su origen fácilmente dado que su trayectoria se ve fácilmente modificada por los campos magnéticos de la Vía Láctea y cualquier información revelante normalmente se pierde”, dice Kistler. “No obstante, si el exceso de positrones observado puede asociarse con un objeto cercano a la Tierra, entonces, por primera vez, se establecerá una conexión entre la población de rayos cósmicos y la fuente que les dio origen”.

Otros astrónomos han dado la bienvenida al resultado. “A primera vista no es una grandísima sorpresa que Geminga pueda ser la fuente del exceso de positrones de PAMELA dado que es el púlsar energético más cercano”, dice Stefan Funk de la Universidad de Stanford en California y miembro asociado del observatorio de rayos gamma HESS. “No obstante, conectando esto con las recientes observaciones de Milagro, puede usarse para calcular el número de partículas que nos llegarían desde Geminga si fuesen electrones”.

No descartes la energía oscura

Douglas Finkbeiner de la Universidad de Harvard en Massachusetts es más cauto. “Estoy encantado de que haya gente tras la explicación del púlsar y ciertamente los púlsares contribuyen a esta señal en algún nivel”, dice. “Pero no se sabe lo suficiente sobre los púlsares en este momento para excluir la posibilidad de que alguna otra cosa predomine”.

Yuksel y sus colegas aceptan que la materia oscura no puede descartarse por el momento. No obstante, creen que nuevas observaciones de otros experimentos más sensibles examinarán Geminga en más detalle y permitirán a los científicos evaluar mejor la cantidad total de energía contenida en el flujo de rayos cósmicos desde el púlsar.

Se informa de dicho trabajo en la revista Physical Review Letters.


Autor: Bob Swarup
Fecha Original: 10 de agosto de 2009
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