25 noviembre 2008

Registran radiación cósmica misteriosa

Un experimento a bordo de un globo de helio detecta un exceso de radiación que podría explicarse por la aniquilación de materia oscura.

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Globo estratósferico de helio lanzado desde la estación McMurdo en la Antártida. Foto: Louisiana State University.

Unos científicos anunciaron la semana pasada el descubrimiento de una fuente de radiación cósmica desconocida. El hallazgo fue realizado con el programa financiado por la NASA de globos de observación en la Antártida. El descubriendo se realizó con ATIC (Advanced Thin Ionization Calorimeter), un instrumento realizado dentro de un proyecto de colaboración internacional.
La radiación cósmica interacciona con la atmósfera terrestre de tal modo que a la superficie de la Tierra llega sólo la radiación secundaria que induce. Para estudiar la radiación cósmica original lo ideal es montar un detector en órbita, pero como esto es muy caro se pueden utilizar globo de helio que vuelen a gran altitud. El experimento ATIC pesa unos 2000 kilogramos y fue diseñado para ser izado a 38.000 metros sobre la Antártida con un globo de helio. A esa altura queda por debajo el 99.5% de la atmósfera. Debido a las condiciones climatológicas de la Antártida estos globos dan vueltas en círculo alrededor del continente de manera más o menos estable y permiten realizar un programa de observaciones.
Los investigadores implicados publicaron los resultados en Nature. Según éstos hay un exceso de electrones y positrones de alta energía, concretamente de entre 300 GeV y 800 GeV. Los científicos no pueden explicar este exceso de partículas a no ser que exista una fuente muy energética sin identificar cerca del Sistema Solar. Otra posible explicación sería la aniquilación de materia y antimateria oscura.
Los rayos cósmicos de alta energía pierden su energía en su viaje a lo largo de la galaxia y esta pérdida crece con la energía de los mismos. Por tanto, y según los cálculos, los electrones registrados en este experimento deben de provenir de algún punto a menos de 3000 años luz de distancia de nosotros si la fuente es habitual. La fuente podría ser un pulsar, un remanente de supernova o un agujero negro de masa intermedia.
Aunque no se ha observado la presencia de ninguno de estos objetos cerca del Sistema Solar los investigadores no descartan la posibilidad de que los haya y que produzcan estos resultados. Por tanto, esta radiación sería la primera indicación de un objeto interesante cerca de nosotros esperando a ser estudiado con otros instrumentos.
Una explicación alternativa a este exceso de radiación es que sea el resultado de un proceso a aniquilación materia-antimateria, pero de partículas que constituyan la materia oscura. Según algunas teorías el exceso de masa observado en las galaxias de debería a unas partículas exóticas no descritas por modelo estándar de partículas que casi no interaccionarían con las partículas de materia ordinaria y denominadas WIMP. Esta característica no excluiría la interacción de esas partículas entre sí. Partículas y antipartículas pesadas de materia oscura podrían aniquilarse produciendo electrones, positrones, protones y otras partículas ordinarias.
Esta última explicación sería la más interesante o seductora. La señal tiene un pico a 650 GeV y después declina rápidamente hasta el nivel de fondo de 800 GeV. Este perfil se puede explicar con la aniquilación de un tipo de concreto de WIMP propuesto por ciertas teorías.
Los resultados de ATIC son similares a los aportados por la misión orbital PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) que es una colaboración entre Rusia, Italia, Alemania y Suecia.
Sin embargo, algunos resultados provenientes del WMAP sobre un exceso de radiación en la dirección del centro galáctico contradicen los resultados de ATIC. Esto indicaría que la teoría no es correcta, que los datos de WMAP están mal o que la distribución de materia oscura no es homogénea.
Quizás la confirmación futura provenga del satélite GLAST (renombrado Fermi), ya en órbita y que también puede detectar electrones y positrones.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la NASA.
Programa de globos en la Antártida.
Resultados de PAMELA.
Nature (vol 456, p 362)

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