Espacio

Hay un exceso de partículas de antimateria en la Tierra. ¿Cuál es su origen?

Nuevas observaciones suscitan debate sobre la abundancia de antimateria en nuestra atmósfera.viernes, 17 de noviembre de 2017

Por Nadia Drake
Estos 300 tanques de agua componen el observatorio de rayos gamma HAWC en México, que ha ayudado a los astrónomos a estudiar la fuente de las partículas de antimateria que llegan a la Tierra.

Algún tipo de motor cósmico está lanzando partículas extrañas hacia la Tierra, y las nuevas observaciones publicadas en la revista Science han complicado la búsqueda del culpable.

En 2008, el PAMELA detectó un exceso de partículas conocidas como positrones en la atmósfera terrestre. Estas partículas son una forma de antimateria, una sustancia que es lo contrario de la materia normal. Cuando un positrón de antimateria se encuentra con su partícula opuesta, pueden destruirse mutuamente y desvanecerse en un diminuto soplo de energía en el que se suelen generar rayos gamma, algo que los científicos pueden detectar.

Averiguar cuál es la fuente de este inusual exceso de positrones es algo emocionante, ya que ayuda a los científicos a entender el fenómeno de mayor energía en el universo observable, lo que a su vez podría ayudar a resolver algunos de los grandes misterios de la física.

Durante años, los científicos pensaban que las partículas procedían de púlsares cercanos, los cadáveres de antiguas estrellas gigantes que giran a gran velocidad. Sin embargo, según el equipo de investigadores responsable del reciente estudio, los resultados tachan de la lista de principales candidatos a un par de púlsares a menos de mil años luz de distancia.

Según el equipo, podría ser obra de algo más exótico, como las interacciones de la misteriosa sustancia conocida como materia oscura.

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«Cuando empecé esta investigación, creía que eran los púlsares», afirma el autor del estudio Rubén López Coto, del Instituto Max Planck de Física Nuclear. «Pero, en realidad, estos dos púlsares no pueden generar positrones suficientes para explicar este exceso de positrones».

Sin embargo, esa sugerencia ya está suscitando polémica entre astrónomos y físicos, que todavía no están dispuestos a descartar la teoría de los púlsares. Aunque los cálculos del equipo son sólidos, su interpretación de los datos presenta problemas, según Dan Hooper del Laboratorio Nacional Fermi.

«Estoy igual de convencido que antes de que estos púlsares contribuyen de manera significativa al exceso local de positrones, y que podrían ser los principales responsables del fenómeno», afirma Hopper.

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Motores de antimateria

Los positrones son partículas de antimateria opuestas a los electrones, una parte fundamental de la materia orgánica con la que interactuamos en la Tierra. En la naturaleza de la Tierra no se observan muchos positrones. Sin embargo, en el cosmos, los entornos agitados y violentos alrededor de las estrellas muertas o moribundas pueden producir electrones y positrones por parejas. A veces, esas partículas quedan colgando en el vacío y rebotan entre campos magnéticos hasta que chocan con algo.

Los púlsares, por ejemplo, actúan básicamente como aceleradores de partículas giratorios. En ocasiones dan más de 700 vueltas por segundo, revolviendo su entorno y provocando colisiones entre las partículas, entre las que se incluyen electrones y positrones atrapados en el torbellino del púlsar.

Si dichos positrones tienen suficiente velocidad y energía, pueden escapar del entorno del púlsar y viajar por el cosmos, llegando a la Tierra. Al menos esa es la explicación principal del exceso de positrones. Por otra parte, suelen chocar con fotones y producir rayos gamma, algo que los científicos pueden detectar fácilmente.

El nuevo problema en esta historia es cortesía de las observaciones realizadas por el observatorio de rayos gamma HAWC. El observatorio, formado por 300 enormes depósitos de agua, se encuentra entre dos volcanes en el parque nacional Pico de Orizaba, en México. Cuando las partículas de alta energías procedentes del espacio llegan a los depósitos de agua, los diminutos destellos de luz que generan llevan una señal distintiva que señala el camino hacia su fuente.

Desde 2015, el observatorio HAWC ha recopilado estas partículas y estudiado sus fuentes cósmicas. En 17 de esos meses se observaron rayos gamma de alta energía enviados a la Tierra por dos púlsares cercanos llamados Geminga y PSR B0656+14 (también conocido como Monogem).

Mediante el seguimiento de las observaciones de rayos gamma, el equipo del HAWC pudo calcular la velocidad a la que se desplazaban las partículas en las zonas cercanas a Geminga y Monogem. El resultado: los positrones de los púlsares no se mueven con la rapidez suficiente para llegar a la Tierra, según López Coto. 

Coto y sus colegas sugieren que esto podría significar que el medio interestelar en torno a esos púlsares es particularmente turbio e impide que las partículas se muevan a más velocidad. De ser así, es algo problemático: los científicos creen que Geminga y Monogem producen una cantidad importante del exceso de positrones en la Tierra; están a una distancia suficiente y tienen una edad suficiente para que la hipótesis concuerde. Pero si se descartan estos dos, según argumenta el equipo, deberán tenerse en cuenta «otros púlsares, otro tipo de aceleradores cósmicos como los microquásares y los restos de las supernovas, o la destrucción o descomposición de partículas de materia oscura».

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Un debate acalorado

Sin embargo, Hopper, cuyas investigaciones ha sido decisivas para señalar a los púlsares como culpables de este exceso de positrones, no acepta la derrota. Según él, las interpretaciones del equipo de investigadores sobre un medio interestelar generalmente turbio son correctas. Las observaciones previas de PAMELA y de un instrumento de la Estación Espacial Internacional coinciden con la idea de que los positrones y otras partículas se mueven de manera eficiente por el espacio cercano a la Tierra.

Y pese a que el estudio apunta a explicaciones alternativas de este exceso —entre ellas restos de supernovas y la destrucción de partículas de materia oscura— ninguna parece tener mucho sentido. Hopper afirma que los restos de las supernovas pueden descartarse por la misma razón que el equipo descarta los púlsares.

«Si el medio interestelar es tan impenetrable como dicen para estas partículas, y Geminga y Monogem están a unos 250 pársecs de distancia, la supernova más cercana está al menos a esa distancia y podría presentar exactamente los mismos problemas».

Tracy Slatyer, física teórica del Instituto Tecnológico de Massachusetts, tampoco está del todo convencida de que las partículas de materia oscura sean una explicación razonable. Cuando apareció por primera vez este exceso de positrones, los científicos pensaron que podía ser un rastro de partículas de materia oscura que se destruían entre sí y que producían tanto materia como antimateria.

Sin embargo, se cree que la materia oscura compone la gran mayoría de la masa del universo por lo que, de ser cierto, el rastro de tal destrucción debería estar por todas partes, pero no lo está, como explica Slatyer. «Mi hipótesis es que probablemente no sea la destrucción de partículas de materia oscura. Pero si alguien me dijera: "Vengo del futuro, dentro de cien años, con una máquina del tiempo, y esa es la causa", me sorprendería, pero no diría que es imposible», afirma. «Asumiendo que me creyera eso de la máquina del tiempo».

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