El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA ha descubierto un tenue pero extenso resplandor de luz de alta energía alrededor de un púlsar cercano. Si es visible para el ojo humano, este "halo" de rayos gamma parecería unas 40 veces más grande en el cielo que una Luna llena. Esta estructura puede proporcionar la solución a un antiguo misterio sobre la cantidad de antimateria en nuestro vecindario.

“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 del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Estos son positrones, la versión antimateria de los electrones, viniendo de algún lugar más allá del sistema solar ".

Un artículo que detalla los hallazgos fue publicado en la revista. Revisión física D el 17 de diciembre y está disponible en línea.

Una estrella de neutrones es el núcleo triturado que queda cuando una estrella mucho más masiva que el Sol se queda sin combustible. colapsa por su propio peso y explota como una supernova. Vemos algunas estrellas de neutrones como púlsares, objetos que giran rápidamente y emiten rayos de luz que, como un faro, barren regularmente nuestra línea de visión.

Geminga (pronunciado geh-MING-ga), descubierto en 1972 por el pequeño satélite astronómico 2 de la NASA, es uno de los púlsares más brillantes en rayos gamma. Se encuentra a unos 800 años luz de distancia en la constelación de Géminis. El nombre de Geminga es tanto un juego de palabras con la frase "fuente de rayos gamma de Géminis" como con la expresión "no está allí", en referencia a la incapacidad de los astrónomos para encontrar el objeto con otras energías, en el dialecto de Milán. Italia.

Geminga fue finalmente identificada en marzo de 1991, cuando unos rayos X parpadeantes recogidos por la misión ROSAT de Alemania revelaron que la fuente era un púlsar que giraba 4,2 veces por segundo.

Un púlsar se rodea de forma natural con una nube de electrones y positrones. Esto se debe a que el intenso campo magnético de la estrella de neutrones extrae las partículas de la superficie del púlsar y las acelera a casi la velocidad de la luz.

Los electrones y positrones se encuentran entre las partículas rápidas conocidas como rayos cósmicos, que se originan más allá del sistema solar. Debido a que las partículas de rayos cósmicos llevan una carga eléctrica, sus caminos se vuelven revueltos cuando encuentran campos magnéticos en su viaje a la Tierra. Esto significa que los astrónomos no pueden rastrearlos directamente hasta sus fuentes.

Durante la última década, mediciones de rayos cósmicos de Fermi, Espectrómetro magnético alfa de la NASA (AMS-02) a bordo de la Estación Espacial Internacional, y otros experimentos espaciales cerca de la Tierra han visto más positrones a altas energías de lo que esperaban los científicos. Los púlsares cercanos como Geminga fueron los principales sospechosos.

Luego, en 2017, científicos del Observatorio de rayos gamma Cherenkov de agua de gran altitud (HAWC) cerca de Puebla, México, confirmaron detecciones terrestres anteriores de un pequeño halo de rayos gamma alrededor de Geminga. Observaron esta estructura a energías de 5 a 40 billones de electronvoltios, luz con billones de veces más energía de la que nuestros ojos pueden ver.

Los científicos creen que esta emisión surge cuando los electrones y positrones acelerados chocan con la luz de las estrellas cercanas. La colisión eleva la luz a energías mucho más altas. Según el tamaño del halo, El equipo de HAWC concluyó que los positrones de Geminga con estas energías rara vez llegan a la Tierra. Si es verdad, significaría que el exceso de positrones observado debe tener una explicación más exótica.

Pero el interés en el origen de un púlsar continuó, y Geminga estaba al frente y al centro. Di Mauro dirigió un análisis de una década de datos de rayos gamma de Geminga adquiridos por el Telescopio de área grande (LAT) de Fermi, que observa luz de menor energía que HAWC.

"Para estudiar el halo, tuvimos que restar todas las demás fuentes de rayos gamma, incluyendo la luz difusa producida por colisiones de rayos cósmicos con nubes de gas interestelar, "dijo la coautora Silvia Manconi, investigador postdoctoral en la Universidad RWTH Aachen en Alemania. "Exploramos los datos utilizando 10 modelos diferentes de emisión interestelar".

Lo que quedó cuando se eliminaron estas fuentes fue una vasta, resplandor oblongo que se extiende unos 20 grados en el cielo a una energía de 10 mil millones de electronvoltios (GeV). Eso es similar al tamaño del famoso patrón de estrellas Big Dipper, y el halo es aún más grande a energías más bajas.

"Las partículas de menor energía viajan mucho más lejos del púlsar antes de encontrarse con la luz de las estrellas, transferirle parte de su energía, y aumenta la luz a rayos gamma. Es por eso que la emisión de rayos gamma cubre un área más grande a energías más bajas, "explicó la coautora Fiorenza Donato en el Instituto Nacional Italiano de Física Nuclear y la Universidad de Turín". El halo de Geminga se alarga en parte debido al movimiento del púlsar a través del espacio ".

El equipo determinó que los datos de Fermi LAT eran compatibles con las observaciones anteriores de HAWC. Solo Geminga podría ser responsable de hasta el 20% de los positrones de alta energía vistos por el experimento AMS-02. Extrapolando esto a la emisión acumulada de todos los púlsares en nuestra galaxia, los científicos dicen que está claro que los púlsares siguen siendo la mejor explicación para el exceso de positrones.

"Nuestro trabajo demuestra la importancia de estudiar fuentes individuales para predecir cómo contribuyen a los rayos cósmicos, Di Mauro. Este es un aspecto del nuevo y emocionante campo llamado astronomía de múltiples mensajeros, donde estudiamos el universo usando múltiples señales, como rayos cósmicos, además de la luz ".