Un observatorio en la cima de una montaña a unas cuatro horas al este de la Ciudad de México, construido y operado por un equipo internacional de científicos, ha capturado la primera vista de gran angular de los rayos gamma que emanan de dos estrellas que giran rápidamente. El High-Altitude Water Cherenkov HAWCEl Observatorio de Rayos Gamma ofrece una perspectiva sobre la transmisión de luz de muy alta energía desde nuestros vecinos estelares y arroja serias dudas sobre un posible origen para un misterioso exceso de partículas antimateria cerca de la Tierra.
En 2008, un detector espacial midió un número inesperadamente alto de positrones, los primos antimateria de los electrones, en órbita. Desde entonces, los científicos han debatido la causa de la anomalía, dividida en dos teorías en competenciaorigen. Algunos sugirieron una explicación simple: las partículas adicionales podrían provenir de estrellas colapsadas cercanas llamadas púlsares, que giran varias veces por segundo y arrojan electrones, positrones y otra materia con fuerza violenta. Otros especularon que los positrones adicionales tienen un efecto exótico.origen, tal vez proveniente de procesos aún no detectados que involucran materia oscura: la sustancia invisible pero dominante vista hasta ahora solo a través de su atracción gravitacional
"Esta nueva medición es tentadora porque desfavorece fuertemente la idea de que estos positrones adicionales están llegando a la Tierra desde dos púlsares cercanos, al menos cuando se supone un modelo relativamente simple para su propagación", dice Jordan Goodman, profesor de física en elLa Universidad de Maryland y el investigador principal y portavoz de los Estados Unidos para la colaboración HAWC. "Nuestra medición no decide la cuestión a favor de la materia oscura, pero cualquier teoría nueva que intente explicar el exceso usando púlsares deberá coincidir con los nuevos datos."
Utilizando estos nuevos datos del observatorio HAWC, los investigadores realizaron las primeras mediciones detalladas de dos púlsares previamente identificados como posibles fuentes del exceso. Al atrapar y contar partículas de luz que fluyen desde estos motores estelares cercanos, la colaboración HAWC mostró que los dosEs poco probable que los púlsares sean el origen del exceso de positrones. A pesar de ser la edad correcta y la distancia correcta de la Tierra, los púlsares están rodeados por una nube turbia extendida de la cual los positrones no pueden escapar en grandes cantidades, según los resultados publicados esta semana.en ciencia .
Petra Huentemeyer, profesora asociada de física en la Universidad Tecnológica de Michigan y miembro fundadora de la colaboración HAWC, comenzó a trabajar con su ex estudiante de doctorado, Hao Zhou, en el análisis relacionado de los datos de HAWC mientras era un postdoctorado en Michigan Tech en 2016.
"Nuestro análisis no respalda las afirmaciones anteriores de que los dos púlsares cercanos son responsables del exceso de positrones detectados por dos telescopios nacidos en el espacio, el proyecto PAMELA líder en Italia y el detector AMS-02 de la NASA", dice ella.
Algunos investigadores afirman que los positrones se producen en interacciones de materia oscura.
"Hay todo tipo de esfuerzos en todo el mundo para detectar directamente la materia oscura", dice ella. "La materia oscura es difícil de detectar. La materia oscura es esquiva. No la vemos. La razón por la que creemos que existe esporque si tomas lo que sabemos sobre la gravitación y luego miras la velocidad de las estrellas que viajan alrededor del centro de las galaxias de disco, no están viajando a las velocidades que esperamos de la materia visible. Debe haber una masa oscura que no emita luz en algún lugar quecausa esto de lo que entendemos sobre gravitación "
Mientras que los resultados en el ciencia el papel no afirma la detección de materia oscura, confirma que el exceso de positrones no se explica por una nebulosa de púlsar que arroja las partículas.
Buscando respuestas
El Observatorio HAWC se encuentra a una altura de 13,500 pies, flanqueando el volcán Sierra Negra dentro del Parque Nacional Pico de Orizaba en el estado mexicano de Puebla. Más de 300 tanques de agua masivos se sientan en el sitio esperando cascadas de partículas iniciadas por altaspaquetes de energía de luz llamados rayos gamma, muchos de los cuales tienen más de un millón de veces la energía de una radiografía dental.
Cuando estos rayos gamma chocan contra la atmósfera superior, destruyen átomos en el aire, produciendo una lluvia de partículas que se mueve casi a la velocidad de la luz hacia el suelo. Cuando esta lluvia llega a los tanques de HAWC, produce destellos azules coordinadosluz en el agua, lo que permite a los investigadores reconstruir la energía y el origen cósmico del rayo gamma que inició la cascada.
Esta medición no hubiera sido posible sin la vista amplia de HAWC. Continuamente escanea alrededor de un tercio del cielo sobre la cabeza, lo que proporcionó a los investigadores una visión amplia del espacio alrededor de los púlsares.
"Gracias a su amplio campo de visión, HAWC proporciona mediciones únicas en los perfiles de rayos gamma de muy alta energía causados por la difusión de partículas alrededor de los púlsares cercanos, lo que nos permite determinar qué tan rápido se difunden las partículas más directamente que las mediciones anteriores", dice Hao Zhou, ahora científico del Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México y ex alumno de Michigan Tech.
Zhou, uno de los autores correspondientes del artículo, es responsable de desarrollar el modelo de difusión de partículas y calcular la morfología de emisión de rayos gamma alrededor de los dos púlsares en los datos HAWC. Ajustó este modelo a los datos para restringir el parámetro físico sobre estas fuentes, que describe qué tan rápido una partícula se difunde lejos de su fuente.
Al igual que con una cámara ordinaria, la recolección de mucha luz le permite a HAWC construir imágenes nítidas de fuentes de rayos gamma individuales. Los rayos gamma de mayor energía se originan en los cementerios de las grandes estrellas, como los restos de supernovas del púlsar giratorio. Pero esa luzno proviene de las estrellas en sí, sino que se crea cuando el púlsar giratorio acelera las partículas a energías extremadamente altas, haciendo que se estrellen contra los fotones de baja energía que quedan del universo primitivo.
El tamaño de este campo de escombros estelar, medido por el parche de cielo que brilla con rayos gamma, les dice a los investigadores qué tan rápido se mueve la materia en relación con un motor astrofísico local, en este caso, los púlsares cercanos. Esto, a su vez,permite a los investigadores estimar qué tan rápido se mueven los positrones y cuántos positrones podrían haber llegado a la Tierra desde una fuente determinada. Utilizando el catálogo más completo de datos HAWC hasta la fecha, los científicos han determinado que el pulsar cercano Geminga y su hermana no identificada no son fuentes deexceso de positrones. A pesar de que los dos púlsares son lo suficientemente viejos y lo suficientemente cercanos como para dar cuenta del exceso, la materia no se aleja de los púlsares lo suficientemente rápido como para haber llegado a la Tierra.
Incluso con la fuente de energía cada vez más clara, Zhou dice que aún quedan preguntas sin responder.
"Todavía quedan preguntas antes de que podamos sacar conclusiones más concretas sobre el origen del exceso de positrones", dice. "¿Cómo depende la morfología de la energía? ¿Hay más pulsares como estos dos en el cielo que no hemos detectado?"Con más datos y análisis dedicados, trabajaremos para responder estas preguntas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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