La revista Science se hace eco de un estudio del físico onubense Rubén López Coto

Investigador del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg, Alemania, es uno de los autores principales de un proyecto desarrollado en el Observatorio de Rayos Gamma HAWC, localizado en el volcán Sierra Negra, en el estado mexicano de Puebla, que viene a arrojar luz sobre el origen del misterioso exceso de antimateria observado en rayos cósmicos.

Figura1. El Observatorio de Rayos Gamma HAWC, con el Pico de Orizaba en el fondo. Cada tanque de agua mide 7,3 metros de diámetro y 4,5 metros de altura. Los tanques más pequeños formarán una red de 350 detectores adicionales que aumentarán la sensibilidad de HAWC. Crédito: Jordan A. Goodman
Figura1. El Observatorio de Rayos Gamma HAWC, con el Pico de Orizaba en el fondo. Cada tanque de agua mide 7,3 metros de diámetro y 4,5 metros de altura. Los tanques más pequeños formarán una red de 350 detectores adicionales que aumentarán la sensibilidad de HAWC.
Crédito: Jordan A. Goodman

Redacción. Dos años después de su inauguración, el Observatorio de Rayos Gamma HAWC ha producido el mapa más detallado del cielo a las más altas energías detectadas y, con su reciente observación de dos halos de electrones rodeando dos púlsares cercanos, proporciona información valiosa para resolver una de las cuestiones que más ha intrigado a la comunidad científica en los últimos años: el misterioso exceso de positrones cósmicos observado por satélites como PAMELA y AMS-02. Estos resultados se publican en la revista Science.

HAWC es un detector de rayos gamma de alta energía situado en México que observa el cielo las 24 horas del día. Los rayos gamma de alta energía nos dan información sobre algunos de los eventos más violentos del universo. Energías tan altas son imposibles de reproducir en la Tierra, aún con los aceleradores de partículas más potentes. Cuando estos rayos gamma provenientes de fuentes cósmicas entran a la atmósfera terrestre, chocan con los átomos de la misma produciendo una cascada de partículas que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz cuando alcanzan la superficie terrestre.

El físico onubense, Rubén López Coto, en Observatorio de Rayos Gamma HAWC,en México.
El físico onubense, Rubén López Coto, en Observatorio de Rayos Gamma HAWC,en México.

Geminga y PSR B0656+14 son dos púlsares (estrellas de neutrones que giran varias veces por segundo) en la región de Géminis. Están situados a una distancia de unos 800 años luz de la Tierra, y hace algunos años despertaron el interés de la comunidad científica cuando se propusieron como una de las posibles fuentes cercanas de aceleración de positrones cósmicos, que han sido detectados con flujos inesperadamente altos.

El positrón es la antipartícula del electrón, lo que significa que tiene la misma masa y la misma carga, pero de signo opuesto. Existe un componente pequeño de antipartículas en los rayos cósmicos que llegan a la Tierra, y satélites como PAMELA y AMS-02, en órbita alrededor de nuestro planeta, están dedicados a medir esta componente de antimateria. En 2009, la colaboración del experimento PAMELA reportó algo inesperado: la observación de un exceso de la componente de positrones en el flujo medido en el rango por encima de unos gigaelectronvoltios (GeV, 1 GeV son mil millones de electronvoltios, una medida de la energía de estas partículas).

Figura 2. Mapa original de significancia donde se ven Geminga y PSR B0656+14, en la constelación de Géminis, a unos 800 años luz de la Tierra. Esta vasta región de emisión en rayos gammas de alta energía consta en realidad de dos nebulosas (Geminga a la derecha y PSR B0656+14 a la izquierda), cada una con una estrella de neutrones en su interior girando a alta velocidad (púlsar) que produce un viento de electrones y positrones sujetos a una gran aceleración, produciendo así rayos gamma de alta energía. Los contornos blancos delimitan las zonas de igual significancia para el análisis empleado. Crédito: Science | AAAS.
Figura 2. Mapa original de significancia donde se ven Geminga y PSR B0656+14, en la constelación de Géminis, a unos 800 años luz de la Tierra. Esta vasta región de emisión en rayos gammas de alta energía consta en realidad de dos nebulosas (Geminga a la derecha y PSR B0656+14 a la izquierda), cada una con una estrella de neutrones en su interior girando a alta velocidad (púlsar) que produce un viento de electrones y positrones sujetos a una gran aceleración, produciendo así rayos gamma de alta energía. Los contornos blancos delimitan las zonas de igual significancia para el análisis empleado. Crédito: Science | AAAS.

Esta medida fue confirmada y mejorada unos años después por el satélite AMS-02, que tiene participación española. Las fuentes más probables para explicar el origen de este exceso eran los púlsares o la aniquilación de materia oscura. En sus rápidos giros,




Geminga y PSR B0656+14 eyectan electrones y positrones, por lo que se pensó que eran sitios ideales para la producción de los positrones observados.

Ahora, el Observatorio HAWC ha detectado rayos gamma provenientes de la región que rodea a los púlsares Geminga y PSR B0656+14, producidos cuando los electrones eyectados a energías extremadamente altas chocan contra fotones de menor energía del medio circundante. Estos rayos gamma proporcionan información acerca del tamaño de la región donde se originan, así como de la velocidad con la que las partículas escapan de la misma, lo que permite estimar el número de positrones de estas fuentes que han llegado a la Tierra.

Si bien estos púlsares son fuentes locales que aceleran positrones, las observaciones de HAWC limitan la velocidad de difusión de las partículas emitidas por los mismos, siendo mucho más lenta de lo que se pensaba anteriormente. “Los rayos gamma que mide HAWC demuestran que hay positrones de alta energía escapando de estas fuentes” dice Rubén López Coto, investigador en del Instituto Max Planck de Física Nuclear en Heidelberg (Alemania) y uno de los autores principales del estudio. “Pero, de acuerdo con nuestras medidas, estos no podrían contribuir significativamente para aportar los positrones extra que medimos en la Tierra”, afirma el investigador, doctorado en el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE).

Los datos de HAWC indican que Geminga y PSR B0656+14 no son las fuentes que producen el exceso de positrones observados, ya que estos simplemente no se propagan lo suficientemente rápido desde los púlsares hasta nosotros en grandes cantidades. “Después de excluir los dos candidatos principales, estamos más cerca de entender el origen del exceso de positrones”, dice Francisco Salesa Greus, investigador en el Instituto de Física Nuclear de la Academia Polaca de Ciencias en Cracovia (Polonia) y otro de los autores principales del estudio, que se doctoró en el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV). Los resultados de HAWC se describen en detalle en el último número de la revista Science.

HAWC (acrónimo de High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray Observatory) está compuesto por 300 detectores de luz Cherenkov en agua ubicados dentro del Parque Nacional Pico de Orizaba (México). Estos detectores son enormes tanques de agua con sofisticados sensores de luz anclados en el fondo (llamados tubos fotomultiplicadores). Cuando las cascadas de partículas atraviesan el agua producen pequeños destellos de luz azul (Cherenkov) que es detectada y usada para reconstruir la energía y dirección del rayo gamma primario. Es así como HAWC puede mapear el cielo en rayos gamma de alta energía. La colaboración HAWC está compuesta por instituciones de Estados Unidos, México, Polonia y Alemania.

Publicación original:

Extended Gamma-Ray Sources Around Pulsars Constrain the Origin of the Positron Flux at Earth, Abeysekara, A. U. et al. (HAWC Collaboration, corresponding authors: F. Salesa Greus, R. López-Coto, H. Zhou), Science, 17 noviembre 2017

 Más sobre el investigador Rubén López Coto




Deje un comentario

Su dirección de correo no será publicada.