¿Por qué hay tanta antimateria en el universo?La materia ordinaria es mucho más que antimateria, pero los científicos detectan cada vez más antimateria en forma de positrones.Más positrones llegan a la Tierra de lo que predicen los modelos estándar.¿De dónde vienen?
Los científicos creen que los púlsares son una fuente y una nueva investigación refuerza esa idea.
Un positrón es una antimateria equivalente a un electrón.Tienen la misma masa, pero tienen una carga positiva, no negativa.Están asociados con la descomposición de algunos isótopos radiactivos naturales.producción de pares.Pero están llegando a la Tierra más positrones de los que debería haber.
El espectrómetro de la ISSEspectrómetro magnético alfa(AMS-02) detectó más positrones de los esperados en 2014, lo que confirma los resultados de un experimento anterior que encontró lo mismo.Los científicos han pensado durante mucho tiempo que los púlsares eran una fuente de positrones, pero era difícil probar ese hecho.
En el nuevo estudio, los investigadores tomaron imágenes de un púlsar llamado PSR J2030+4415.Utilizaron el Observatorio de rayos X Chandra para capturar imágenes de haces de materia y antimateria a 40 billones de millas del púlsar.Un haz de púlsar como este puede explicar el exceso de positrones.
“Es sorprendente cómo un púlsar de solo 10 millas de ancho puede crear estructuras tan grandes que se pueden ver desde miles de años luz de distancia”.
Martijn de Vries, autor principal, Universidad de Stanford.
La investigación es “Filamento largo de PSR J2030+4415.Publicado en The Astrophysical Journal Letters, los autores son Martijn de Vries de la Universidad de Stanford y Roger W. Romani de la Universidad de Stanford.
Un púlsar es una estrella de neutrones que gira rápidamente con un fuerte campo magnético.Las estrellas colapsadas son pequeñas pero muy densas.Son del tamaño de una gran ciudad, pero son capaces de descargar chorros masivos.
El autor principal, Martijn de Vries, dijo: “Es sorprendente que un púlsar de solo 10 millas de ancho pueda crear estructuras tan grandes que se pueden ver desde miles de años luz de distancia”.“Si un filamento del mismo tamaño relativo se extendiera desde Nueva York hasta Los Ángeles, un púlsar sería unas 100 veces más pequeño que el objeto más pequeño visible a simple vista”.
Debido al tamaño de estos filamentos, los autores creen que estructuras como esta podrían ser una fuente importante de positrones.Los púlsares son objetos extremos que exhiben una combinación de rotación rápida y fuertes campos magnéticos.Estas fuerzas extremas aceleran las partículas y causan radiación de alta energía para crear pares de electrones y positrones.E de Einstein = mc2La ecuación explica cómo funciona esto.Sus ecuaciones muestran cómo la masa se puede convertir en energía, pero el proceso se invierte en este caso.
Los positrones, junto con los electrones, están contenidos en el viento estelar de un púlsar, y el fuerte campo magnético del púlsar suele ser responsable de atrapar el viento.Pero algo más está sucediendo en el PSR J2030+4415.
Viaja por el espacio a una velocidad de alrededor de 1,6 millones de km/h (millones de mp/h). El viento del púlsar sigue al púlsar y el arco de choque está frente a él.Pero hace décadas, el arco de choque se detuvo y los púlsares y los vientos lo alcanzaron.Causó una interacción entre el púlsar y el campo magnético interestelar.
El coautor Roger Romani dijo: “Esto probablemente desencadenó una fuga de partículas.“El campo magnético del viento púlsar está acoplado al campo magnético interestelar, y los electrones y positrones de alta energía son expulsados a través de las boquillas conectadas”.
Después de que las partículas escapan, encuentran una nueva línea de campo magnético a seguir.Disminuyeron la velocidad y se movieron a lo largo de las líneas del campo magnético interestelar a aproximadamente un tercio de la velocidad de la luz.Emitían rayos X y Chandra los ve como filamentos muy largos.
Los investigadores habían observado previamente positrones en púlsares, pero no se filtraron a la galaxia.En cambio, existían como una especie de halo alrededor del púlsar.El halo es el remanente de una nebulosa de viento púlsar que apareció poco después de que una supernova central colapsada produjera un púlsar.El impacto de proa observado alrededor de J2030 es el borde del halo y el positrón se localiza en el halo.
Esta observación era contraria a la idea de que los púlsares eran una fuente de antimateria en el universo.Pero los filamentos extraordinariamente largos de PSR J2030+4415 muestran que los positrones pueden emerger de los púlsares y algunos incluso pueden llegar a la Tierra.Esto ayuda a explicar el exceso de positrones detectado por el instrumento AMS-02 de la ISS.
Un par de investigadores dicen que J2030 nos enseñará más sobre los positrones de antimateria y las estructuras complejas de púlsares y filamentos.La forma del filamento es particularmente importante porque está en la raíz del escape de positrones.Los filamentos de J2030 son similares a otros filamentos de púlsar conocidos, pero los autores señalan algunas “características”.
“Es inicialmente estrecho y puramente unidireccional con una extensión más o menos lineal, y su flujo cambia poco con la distancia”, escriben los autores.
Para entender lo que esto significa, los autores se refieren a:Investigación anterior a 2020.El estudio prestó especial atención a la forma del arco de choque producido por el púlsar al pasar por el ISM de la misma manera que lo hace el J2030.
En el estudio, los autores escribieron: “La interacción de los vientos púlsares de rápido movimiento con el ISM crea una nebulosa de impacto de proa de cola extendida.En el vértice de la nebulosa del viento del púlsar PWN, la presión del ariete intermedio interestelar del ISM atrapa el viento del púlsar, produciendo dos choques. Impacto directo del ISM e impacto inverso/final del viento púlsar,La discontinuidad de contacto separa los dos choques”.Las discontinuidades de contacto son capas de transición de propiedades variables, en este caso la capa entre el viento púlsar y el medio interestelar.
Esto es importante para el positrón emitido por el PSR J2030+4415.
“El sesgo extremo del J2030 puede estar relacionado con el ángulo de velocidad de rotación inusualmente pequeño inferido de la velocidad de la burbuja H-alfa”, escriben los autores del nuevo estudio.“… Esto asegura que un hemisferio magnético esté mucho más cerca del campo magnético barrido en el vértice”.Esto facilita la reconexión a la línea de campo ISM.Esa reconexión hace que los positrones escapen a lo largo de la línea de campo ISM, creando los filamentos de rayos X muy largos que se ven en la imagen de Chandra.
Durante décadas, los científicos se han preguntado cuál es el origen de los positrones que llegan a la Tierra.Esta investigación está eliminando algunos de los misterios estratificados de la antimateria, pero esto no es seguro.Solo describe una fuente potencial.Otros estudios dicen que los púlsares no pueden ser la fuente.
todosestudio desde 2017Ha demostrado que incluso un púlsar cercano está demasiado lejos para ser una fuente de antimateria detectada en la Tierra.El flujo es tan difuso que es indetectable cuando llega a la Tierra.”Entonces, cualquier exceso de positrones detectado en la Tierra debe tener un origen más exótico que un púlsar cercano”, concluyó el estudio.
Nos lleva a otra fuente candidata: la misteriosa materia oscura.Los positrones pueden surgir de la aniquilación y descomposición de partículas de materia oscura.Pero no hay forma de observarlo y es en gran parte teórico.
Nos lleva de vuelta al púlsar.
Un estudio de 2017 que muestra que los púlsares no pueden ser la fuente de antimateria que llega a la Tierra no es la última palabra sobre el tema.Hay muchas cosas que los astrónomos no saben sobre púlsares, arcos de choque y líneas de campo magnético ISM.Los autores del nuevo artículo dicen que un estudio más detallado podría reforzar la idea de que los púlsares como PSR J2030+4415 son la fuente de antimateria que llega a la Tierra.
Los científicos necesitan mediciones más detalladas para comprender si los púlsares son una fuente importante de positrones.J2030, a diferencia de algunos cuerpos celestes, cambia rápidamente, que es la parte problemática de entenderlo.“Las fotos modificadas del impacto de proa del J2030 y los filamentos sugieren una rápida evolución de estas estructuras cada década… ”, escribe el autor.”Esto hace que las mediciones precisas de las estructuras de impacto y las conexiones de filamentos sean muy difíciles con las observaciones terrestres”.
Los autores dicen que están comenzando a comprender cuándo estos filamentos de rayos X se queman con intensidad, lo que indica una mayor emisión de positrones.Si se puede predecir la quema por adelantado, se pueden organizar extensas campañas de obtención de imágenes por rayos X.Cuando se combina con otros datos, el resultado de esa imagen de rayos X es “… Una poderosa herramienta para investigar las condiciones necesarias para una reconexión eficiente… ” y será escape de positrones.
Todo ese trabajo es “… Podría tener implicaciones importantes para la propagación de los positrones de la nave espacial púlsar a los detectores de la Tierra a través de los ISM cercanos”, concluye.
La antimateria suena como un arma de ciencia ficción, pero no es peligrosa.Es completamente natural y ha existido durante tanto tiempo como el universo mismo.
Pero la fuente del exceso de positrones que llegan a la Tierra es un misterio, y los científicos se sienten atraídos por ella.
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