Los astrónomos han estado observando un púlsar cercano con un extraño halo a su alrededor. Ese púlsar podría responder una pregunta que ha intrigado a los astrónomos por algún tiempo. El púlsar se llama Geminga, y es uno de los púlsares más cercanos a la Tierra, a unos 800 años luz de distancia en la constelación de Géminis. No solo está cerca de la Tierra, sino que Geminga también es muy brillante en rayos gamma.
El halo en sí es invisible para nuestros ojos, obviamente, ya que está en las longitudes de onda gamma. (El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA lo descubrió). Pero es grande y cubre la mayor parte del cielo como 40 lunas llenas.
El halo podría ser responsable de algunos sucesos en nuestro propio vecindario: hay una gran cantidad de antimateria cerca de la Tierra, y su presencia ha desconcertado a los científicos durante una década.
"Nuestro análisis sugiere que este mismo púlsar podría ser responsable de un acertijo de una década sobre por qué un tipo de partícula cósmica es inusualmente abundante cerca de la Tierra", dijo Mattia Di Mauro, astrofísico de la Universidad Católica de América en Washington y el Goddard Space de la NASA. Centro de vuelo en Greenbelt, Maryland. "Estos son positrones, la versión antimateria de los electrones, que proviene de algún lugar más allá del sistema solar".
Un púlsar es el remanente de una estrella masiva que se ha convertido en supernova. Geminga es el resultado de una explosión de supernova hace unos 300,000 años en la constelación de Géminis. Es una estrella de neutrones giratoria que está orientada de cierta manera hacia la Tierra, de modo que su energía se dirige hacia nosotros como un faro de barrido.
Un púlsar está rodeado naturalmente por una nube de electrones y positrones. Esto se debe a que una estrella de neutrones tiene un campo electromagnético intenso, el más fuerte de todos los objetos conocidos. El campo súper fuerte extrae las partículas de la superficie del púlsar y las acelera casi a la velocidad de la luz.
Estas partículas de rápido movimiento, incluidos los electrones y sus contrapartes antimateria, los positrones, son rayos cósmicos. Como los rayos cósmicos llevan una carga eléctrica, están sujetos a los efectos de los campos magnéticos. Entonces, cuando los rayos cósmicos llegan a la Tierra, los astrónomos no pueden determinar su fuente.
Durante la última década más o menos, diferentes observatorios y experimentos han detectado más positrones de alta energía en nuestras inmediaciones de lo esperado. El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, el espectrómetro magnético alfa de la NASA y otros experimentos los han detectado. Los científicos esperaban que los púlsares cercanos, incluida Geminga, fueran la fuente. Pero debido a la forma en que los positrones se ven afectados por los campos magnéticos, no se pudo probar.
Hasta 2017
En ese año, el Observatorio de rayos gamma Cherenkov de agua de gran altitud (HAWC) confirmó lo que habían encontrado algunas detecciones terrestres: un pequeño pero intenso halo de rayos gamma alrededor de Geminga. El HAWC detectó energías en la estructura de halo de 5 - 40 TeV, o voltios de teraelectrones. Esa es luz con billones de veces más energía de la que nuestros ojos pueden ver.
Inicialmente, los científicos pensaron que el halo de alta energía es causado por electrones acelerados y positrones que chocan con la luz de las estrellas, lo que aumentaría su energía y los haría súper brillantes. Cuando una partícula cargada transfiere parte de su energía a un fotón, eso se llama dispersión de Compton Inverso.
Pero el equipo que usaba HAWC para observar Geminga y su halo llegó a una conclusión: esos positrones de alta energía rara vez alcanzarían la Tierra, según el tamaño del halo. Entonces, tenía que haber otra explicación para la abundancia de positrones cerca de la Tierra.
Los científicos que estudian la presencia de positrones cerca de la Tierra aún no eliminaron los púlsares de su lista. Y como un púlsar cercano y brillante, Geminga todavía captó su interés.
Mattia Di Mauro dirigió un pequeño equipo de científicos que estudió los datos de Geminga de una década del Telescopio de gran área (LAT) de Fermi. LAT observa una luz de energía más baja que la HAWC. Di Mauro es el autor principal de un nuevo estudio que presenta estos hallazgos. El estudio se titula "Detección de un halo de rayos alpha alrededor de Geminga con los datos de Fermi-LAT e implicaciones para el flujo de positrones". El artículo se publica en Physics Review.
Una de las coautoras del artículo es Silvia Manconi, investigadora postdoctoral en la Universidad RWTH Aachen en Alemania. En un comunicado de prensa, Manconi dijo: “Para estudiar el halo, tuvimos que restar todas las demás fuentes de rayos gamma, incluida la luz difusa producida por colisiones de rayos cósmicos con nubes de gas interestelar. Exploramos los datos utilizando 10 modelos diferentes de emisión interestelar ".
Una vez que el equipo restó todas las otras fuentes de rayos gamma en el cielo, los datos revelaron una vasta estructura oblonga; Un halo alrededor de Geminga. La estructura de alta energía cubría 20 grados en el cielo a 20 mil millones de electronvoltios, y un área aún mayor a energías más bajas.
La coautora del estudio, Fiorenza Donato, es del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia y de la Universidad de Turín. En el comunicado de prensa, Donato dijo: "Las partículas de baja energía viajan mucho más lejos del púlsar antes de toparse con la luz de las estrellas, transferirle parte de su energía y aumentar la luz a los rayos gamma. Es por eso que la emisión de rayos gamma cubre un área más grande a energías más bajas ”, explicó Donato. "Además, el halo de Geminga se alarga en parte debido al movimiento del púlsar a través del espacio".
El equipo comparó los datos LAT con los datos HAWC y concluyó que los conjuntos de datos coincidían. También descubrieron que la brillante y cercana Geminga podría ser responsable de hasta el 20% de los positrones de alta energía que observó el experimento AMS-02. Extrapolando de eso a todas las emisiones acumuladas de púlsar en la Vía Láctea, el equipo dice que los púlsares siguen siendo la mejor explicación para el misterio original: la fuente de todos esos positrones cerca de la Tierra.
"Nuestro trabajo demuestra la importancia de estudiar fuentes individuales para predecir cómo contribuyen a los rayos cósmicos", dijo Di Mauro. "Este es un aspecto del nuevo y emocionante campo llamado astronomía multimessenger, donde estudiamos el universo utilizando múltiples señales, como los rayos cósmicos, además de la luz".
Más:
- Comunicado de prensa: La misión Fermi de la NASA vincula el "Halo" de rayos gamma cercano a Rompecabezas de antimateria
- Documento de investigación: Detección de un halo de rayos alpha alrededor de Geminga con los datos de Fermi-LAT e implicaciones para el flujo de positrones
- Wikipedia: Dispersión de Compton
