9 de enero de 2008

Nube de antimateria de la Vía Láctea está sesgada

Imagen: ESA/ Integral/ MPE (G. Weidenspointner et al.)

La forma sesgada de una misteriosa nube de antimateria localizada en las regiones centrales de la Vía Láctea ha sido revelada por el observatorio espacial de rayos gamma de la ESA, Integral. Esta forma desequilibrada e inesperada es una nueva pista acerca del origen de la antimateria.

La observación ha disminuido significativamente las posibilidades de que la antimateria proviene de la aniquilación o decaimiento de la materia oscura astronómica. Georg Weidenspointner, del Instituto Max Planck para la Física Extraterrena, y un equipo internacional de astrónomos hicieron este descubrimiento usando cuatro años de datos recolectados por el telescopio Integral. La nube aparece debido a que emite rayos gamma cuando partículas individuales de antimateria, en este caso de positrones, encuentran electrones (su contraparte en la materia normal) y se aniquilan uno a otro.

Una huella de la aniquilación positrón-electrón son los rayos gamma que contienen 511 kiloelectrón-voltios (KeV) de energía. Ha habido un vigoroso debate acerca del origen de estos positrones desde que fue descubierta la emisión de 511 KeV provenientes del centro de la galaxia por los detectores de rayos gamma en globos, durante la década de 1970.

Algunos astrónomos han sugerido que estrellas que han explotado producen estos positrones. Esto sería debido a que los elementos nucleares radioactivos son formados en los gigantescos estallidos de energía y algunos de ellos decaen por la liberación de positrones. Sin embargo, no está claro cómo estos positrones pueden escapar desde estos desechos estelares en cantidad suficiente para explicar el tamaño observado de la nube.

Otros astrónomos piensan en otros procesos más exóticos. De los primeros resultados, usando menos datos, la nube de positrones parece ser esférica y centrada en el centro de la galaxia. Esta forma y posición corresponde a la distribución esperada de la materia oscura en el centro de nuestra galaxia. Por lo que se sugirió que la materia oscura fue aniquilada o decayó en pares de electrones y positrones, con esta aniquilación se produjeron rayos gamma.

El problema con esta idea, sin embargo, fue que las partículas de materia oscura necesitarían ser mucho menos masivas que lo que la mayoría de las teorías predice.

Los nuevos resultados dan a los astrónomos una nueva pista y un punto de referencia lejano a la materia oscura como origen de la antimateria. Más allá del centro galáctico, las nubes no son enteramente esféricas. De hecho están sesgadas con dos veces más masa de un lado del centro galáctico que del otro. Esta distribución es altamente inusual porque el gas en la región interna de la galaxia está relativamente próximo a una distribución uniforme.

Igualmente importante es que Integral encontró evidencia de que la población de estrellas binarias está también significativamente sesgada, en correspondencia, en extensión, con la nube de antimateria. Esto sugiere poderosamente que estos objetos, conocidos también como binarias de rayos X de baja masa (LMXBs), sean responsables de la mayor cantidad de antimateria.

Una binaria de rayos X de baja masa (LMXB) es un sistema estelar en el cual una estrella relativamente normal esta siendo "comida viva" por un cuerpo estelar cercano como una estrella de neutrones o un agujero negro. El campo gravitacional del cuerpo estelar es tan fuerte que rompe el gas de una estrella normal. De estas espirales de gas caen hacia el objeto, es calentado y se generan espontáneamente pares de positrones-electrones en el campo intenso de radiación, aunque la emisión de 511 KeV es probablemente muy débil como para ser detectada de LMXBs individuales por parte de Integral.

"Simples estimaciones sugieren que la mitad y, posiblemente, toda la antimateria proviene de estas binarias de rayos X" señala Weidenspointner. La otra mitad podría provenir de un proceso similar alrededor del agujero negro del centro de la galaxia y de varias estrellas que explotaron ahí. Se señala que esta distribución sesgada de LMXBs es inesperada, ya que las estrellas se distribuyen más o menos uniformemente alrededor de la galaxia. Más investigaciones son necesarias para determinar si la distribución observada es real.

Integral es, actualmente, la única misión que puede ver tanto la radiación de 511 keV como las LMXBs. Weidenspointner y sus colegas estarán observando para ver si se descubren más LMXBs y dónde están localizadas.

"La relación entre las LMXBs y la antimateria no ha sido probada aún, pero es consistente en teoría", señala Weidenspointner. Es de importancia astrofísica debido a que disminuye la necesidad de materia oscura en el centro de nuestra galaxia.

Este trabajo se publicará bajo el titulo: 'An asymmetric distribution of positrons in the galactic disk revealed by gamma rays' por Georg Weidenspointner et al., en la revista científica Nature del 10 de enero de 2008.

(saa) (mg)

Más información en:
http://www.esa.int/