La radiación misteriosa emitida desde rincones distantes de la galaxia finalmente podría explicarse con los esfuerzos por recrear un estado único de materia que parpadeó y cobró existencia en los primeros momentos después del Big Bang.

Durante 50 años, Los astrónomos se han sentido intrigados por las extrañas ondas de radio y los rayos gamma lanzados desde los restos giratorios de estrellas muertas llamadas púlsares.

Los investigadores creen que estos enigmáticos, pulsos de radiación de alta energía son producidos por ráfagas de electrones y sus gemelos de antimateria, positrones. El universo se llenó brevemente con estos sobrecalentados, partículas cargadas eléctricamente en los segundos que siguieron al Big Bang antes de que toda la antimateria desapareciera, llevándose los positrones consigo. Pero los astrofísicos creen que las condiciones necesarias para forjar positrones pueden existir todavía en los poderosos campos eléctricos y magnéticos generados alrededor de los púlsares.

"Estos campos son tan fuertes, y se retuercen y se vuelven a conectar tan violentamente, que esencialmente aplican la ecuación de Einstein de E =mc ² y crear materia y antimateria a partir de la energía, "dijo el profesor Luis Silva en el Instituto Superior Técnico de Lisboa, Portugal. Juntos, Se cree que los electrones y positrones forman una forma de materia sobrecalentada conocida como plasma alrededor de un púlsar.

Pero las condiciones exactas necesarias para producir un plasma que contenga positrones siguen sin estar claras. Los científicos tampoco entienden por qué las ondas de radio emitidas por el plasma alrededor de los púlsares tienen propiedades similares a la luz en un rayo láser, una estructura de onda conocida como coherencia.

Descubrir, los investigadores ahora están recurriendo a poderosas simulaciones por computadora para modelar lo que podría estar sucediendo. En el pasado, tales simulaciones han luchado por imitar el asombroso número de partículas generadas alrededor de los púlsares. Pero el profesor Silva y su equipo, junto con investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles en los Estados Unidos, han adaptado un modelo de computadora llamado OSIRIS para que pueda ejecutarse en supercomputadoras, lo que le permite seguir miles de millones de partículas simultáneamente.

El modelo actualizado, que forma parte del proyecto InPairs, ha identificado las condiciones astrofísicas necesarias para que los púlsares generen electrones y positrones cuando los campos magnéticos se rompen y se vuelven a unir a sus vecinos en un proceso conocido como reconexión magnética.

OSIRIS también predijo que los rayos gamma liberados por electrones y positrones mientras corren a través de un campo magnético brillarán en chorros discontinuos en lugar de haces suaves.

Los hallazgos han agregado peso a las teorías de que las enigmáticas señales que provienen de los púlsares se producen por la destrucción de electrones a medida que se recombinan con positrones en los campos magnéticos alrededor de estas estrellas muertas.

El profesor Silva ahora está utilizando los datos de estas simulaciones para buscar firmas de ráfagas similares en observaciones astronómicas pasadas. Los patrones reveladores revelarían detalles sobre cómo los campos magnéticos evolucionan alrededor de los púlsares, ofreciendo nuevas pistas sobre lo que está sucediendo dentro de ellos. También ayudará a confirmar la validez del modelo OSIRIS para los investigadores que intentan crear antimateria en el laboratorio.

Láseres explosivos

La información obtenida de las simulaciones ya se está utilizando para ayudar a diseñar experimentos que utilizarán láseres de alta potencia para imitar las enormes cantidades de energía liberadas por los púlsares. La Infraestructura de Luz Extrema disparará objetivos no más anchos que un cabello humano con petavatios de potencia láser. Bajo este proyecto, Los láseres están en construcción en tres instalaciones en Europa:en Măgurele en Rumania, Szeged en Hungría, y Praga en la República Checa. Si tiene éxito, los experimentos podrían crear miles de millones de pares de electrones y positrones.

"OSIRIS está ayudando a los investigadores a optimizar las propiedades del láser para crear materia y antimateria como lo hacen los púlsares, ", dijo el profesor Silva." El modelo ofrece una hoja de ruta para experimentos futuros ".

Pero hay algunos que están intentando manejar plasmas de materia-antimateria de formas aún más controladas para poder estudiarlos.

Profesor Thomas Sunn Pedersen, un físico aplicado en el Instituto Max Planck de Física del Plasma en Garching, Alemania, está utilizando placas de metal cargadas para confinar positrones junto con electrones como un primer paso hacia la creación de un plasma de materia-antimateria en una mesa.

Aunque el profesor Sunn Pedersen trabaja con el haz de positrones de baja energía más intenso del mundo, concentrar suficientes partículas para encender un plasma de materia-antimateria sigue siendo un desafío. Los investigadores utilizan 'jaulas' electromagnéticas generadas al vacío para confinar la antimateria, pero estos requieren aberturas para que las partículas se inyecten en el interior. Estas mismas aberturas permiten que las partículas vuelvan a filtrarse, sin embargo, lo que dificulta la acumulación de suficientes partículas para que se forme un plasma.

El profesor Sunn Pedersen ha inventado un campo electromagnético con una "trampilla" que puede dejar entrar los positrones antes de cerrarse detrás de ellos. El año pasado, el nuevo diseño pudo aumentar el tiempo que las partículas de antimateria permanecieron confinadas en el campo en un factor de 20, manteniéndolos en su lugar durante más de un segundo.

"Nadie ha logrado eso en una trampa totalmente magnética, ", dijo el profesor Sunn Pedersen." Hemos demostrado que la idea funciona ".

Pero mantener estas elusivas partículas de antimateria en su lugar es solo un hito hacia la creación de un plasma de materia-antimateria en el laboratorio. Como parte del proyecto PAIRPLASMA, El profesor Sunn Pedersen ahora está aumentando la calidad del vacío y generando el campo con un anillo levitante para confinar los positrones durante más de un minuto. El estudio de las propiedades de los plasmas encendidos en estas condiciones ofrecerá información valiosa para los campos vecinos.

En junio, por ejemplo, El profesor Sunn Pedersen utilizó una variación de esta trampa magnética para establecer un nuevo récord mundial en reacciones de fusión nuclear encendidas en plasmas de materia convencional.

"Los fenómenos colectivos como la turbulencia complican actualmente el control de los grandes plasmas de fusión, ", dijo el profesor Sunn Pedersen." Mucho de eso se debe al hecho de que los iones son mucho más pesados ​​que los electrones que contienen ".

Espera que al producir plasmas de positrones y electrones como los creados por el Big Bang, puede ser posible eludir esta complicación porque los electrones y positrones tienen exactamente la misma masa. Si se pueden controlar, tales plasmas podrían ayudar a validar modelos complejos y recrear las condiciones alrededor de los púlsares para que puedan estudiarse de cerca en el laboratorio por primera vez.

Si tiene éxito, finalmente puede dar a los astrónomos las respuestas que han estado desconcertados durante tanto tiempo.

¿Qué es un púlsar?

Descubierto por primera vez por la astrónoma Jocelyn Bell en 1967, los púlsares son los altamente magnetizados, Restos giratorios de estrellas que se han derrumbado al final de su vida. Emiten haces de rayos gamma y ondas de radio que giran como la luz de un faro. Cuando se ve desde la Tierra, esto da la impresión de que la radiación llega en pulsos. Se cree que los intensos campos magnéticos alrededor de estas estrellas muertas generan nubes de partículas cargadas conocidas como plasmas. que a su vez generan la radiación.