¿Qué es la misteriosa fuente de antimateria encontrada en el espacio? » ABC de la ciencia

Podría haber grupos de estrellas de antimateria residiendo en nuestra galaxia, produciendo una gran cantidad de la antimateria de alta energía que hemos detectado en el espacio.

Hablemos un poco de la antimateria, ya que sigue siendo un tema misterioso para la mayoría de las personas. La antimateria es como el alter ego de la materia. Es exactamente igual a su contraparte de materia, excepto que tiene el signo opuesto de carga. Y como cualquier alter ego dramático, la combinación de materia y antimateria lleva a la aniquilación de ambos, liberando una enorme cantidad de energía.

Colisión de dos partículas produciendo más partículas.  Así es como los experimentos del colisionador producen antimateria.

Colisión de dos partículas produciendo más partículas. Así es como los experimentos del colisionador producen antimateria. (Crédito: vchal/Shutterstock)

Sin embargo, nuestro universo está dominado por la materia. Todo lo que nos rodea está hecho de partículas de materia. El único lugar donde se crea y estudia la antimateria es en medio de experimentos de colisionadores de alta energía y alto costo. Estos experimentos producen pocas y fugaces partículas de antimateria al bombardear dos partículas entre sí, pero incluso estos experimentos de alta energía pueden crear solo una pequeña cantidad de antimateria altamente inestable.

El mero hecho de que la materia sea dominante en el universo es suficiente para que la existencia de su alter ego sea… difícil.

Sin embargo, si ese es el caso, ¿de dónde viene esa antimateria de alta energía?

Sorprendente descubrimiento

El número detectado de positrones (antipartículas de electrones) y antihelio ha desconcertado a los científicos en los últimos años. Estas partículas de antimateria fueron detectadas por el espectrómetro magnético alfa (AMS) adjunto a la Estación Espacial Internacional (ISS). Fue lanzado en 2011 con el propósito de detectar partículas y medir su masa y giro. El cerebro detrás de este detector, Sam Ting, también esperaba ansiosamente el día en que detectó una cantidad sustancial de antimateria. Cuando eso sucedió, dejó a todos boquiabiertos.

En los pocos años transcurridos desde su lanzamiento, AMS ha detectado miles de millones de partículas provenientes del espacio.  Pero se lanzó con la esperanza de atrapar antimateria, un objetivo esperanzador que inicialmente se consideró imposible.

En los pocos años transcurridos desde su lanzamiento, AMS ha detectado miles de millones de partículas provenientes del espacio, pero se lanzó con la esperanza de atrapar antimateria, un objetivo que inicialmente se consideró imposible. (Crédito: NASA)

La primera sorpresa fue cuando el AMS detectó un número inusualmente alto de positrones. Fue aún más sorprendente que estos positrones fueran altamente energéticos. Los positrones tienen razones para estar en el espacio, pero un número tan grande con una energía tan alta no tiene una explicación obvia. Su alto nivel de energía significaba que estaban siendo producidos por alguna fuente de alta energía. Esta es la parte sorprendente de la historia… porque, hasta donde sabemos, no existe una fuente de antimateria de alta energía. Una sorpresa aún más desconcertante fue cuando el AMS detectó núcleos de antihelio. Verá, la producción de antihelio requiere una cantidad excesivamente grande de energía y las partículas resultantes son extremadamente inestables. Entonces, incluso el puñado que se detectó significaba que algo en algún lugar lo estaba produciendo a gran escala.

La pregunta es, ¿cuáles son estas fuentes de antimateria?

Para responder a esto, los científicos propusieron muchas teorías, que van desde la materia oscura hasta los agujeros negros primordiales. Por supuesto, no todos estos fueron considerados como explicaciones viables. Echemos un vistazo a algunas de las ideas más interesantes que no pasaron el corte.

Materia oscura y agujeros negros

Algunos teóricos sugieren que la descomposición y aniquilación de la materia oscura conduce a la formación de antipartículas.

Sin embargo, esta teoría no es convincente porque no se sabe mucho sobre la materia oscura, y mucho menos sobre su forma de descomposición. La teoría sobre los agujeros negros primordiales (los OG de los agujeros negros) es más convincente.

Como explicó Stephen Hawking, hay radiación de partículas y antipartículas más allá del horizonte de eventos de un agujero negro. Por lo tanto, los agujeros negros primordiales podrían percibirse como fuentes de positrones y antiprotones, pero esta teoría es insuficiente para explicar la fuente del antihelio de alta energía.

Agujero negro

Agujero negro (Crédito: Vadim Sadovski/Shutterstock)

Hay otra teoría que ha estado dando vueltas desde 2021 y ha sido bastante bien aceptada. ¡Esta es la teoría de los cúmulos globulares que consisten en estrellas de antimateria!

Estrellas de antimateria

Hay una razón simple por la cual las estrellas de antimateria sirven como el mejor candidato para las fuentes de antihelio, a saber, estos son los únicos “laboratorios” a gran escala donde el antihelio podría cocinarse en grandes cantidades.

Imagen ultravioleta del sol

Imagen ultravioleta del Sol (Créditos de imagen: NASA)

Entonces, ¿qué son las estrellas de antimateria? Así como la antimateria es el alter ego de la materia, las estrellas de antimateria son el alter ego de nuestras estrellas compuestas de materia. Simplemente están compuestos de antimateria, en lugar de materia regular, y por lo tanto emiten antimateria en lugar de materia.

Los planetas que los rodean también están compuestos de antimateria, y si hay vida en uno de esos planetas, las criaturas estarían hechas de antimateria y consumirían antimateria. Solo recuerda, sería su versión de la materia, mientras que nosotros seríamos “antimateria” para ellos.

Cúmulos globulares de estrellas de antimateria

Cúmulo globular

Cúmulo globular (Crédito: NASA)

La teoría sugiere que estas estrellas de antimateria existen en estructuras del tamaño de cúmulos globulares. ¿Y qué son los cúmulos globulares? Son colecciones de estrellas más antiguas que se congregan en cúmulos esféricos. También están extremadamente densamente pobladas de estrellas y ubicadas en el halo galáctico. No muestran formación estelar activa y generalmente están libres de gas y polvo. Pero, ¿cómo se relacionan los cúmulos globulares con las estrellas de antimateria? Diagrama esquemático de una galaxia.

Diagrama esquemático de una galaxia (Crédito: Lumenlearning.com)

La teoría sugiere que la fuente de la antimateria es el resto de la antimateria primordial, es decir, la antimateria del universo primitivo. Ninguna teoría ha tenido éxito en explicar lo que sucedió durante el tiempo del nacimiento del universo que condujo a la asimetría entre materia y antimateria. Sin embargo, se demostró que en el proceso de formación de la materia persistieron grandes dominios de antimateria. Estos dominios deben haber permanecido más allá de la aniquilación de la antimateria, con su tamaño controlado por la radiación gamma. Los rayos gamma son las ondas más energéticas y pueden actuar como barreras, protegiendo diferentes dominios. Estos dominios son los que podrían haberse convertido en cúmulos globulares. Estos cúmulos podrían haberse formado durante la formación de galaxias y permanecer en el halo de la galaxia. La pregunta que persiste es ¿cómo terminó la antimateria de estos halos distantes en nuestro detector? Tenga en cuenta que nuestro sistema solar está en el disco galáctico, lejos del halo galáctico.

¿Cómo terminaron aquí las antipartículas?

Hay algunas maneras en que esto podría haber sucedido. Uno es a través de la salida de masa de las estrellas y las erupciones solares. A lo largo de su vida, las estrellas pierden constantemente porciones de su masa a través de estos mecanismos. Las estrellas de antimateria no son diferentes y podrían haber perdido algo de masa que se propagó fuera de los cúmulos. Luego, al cruzar el disco galáctico, podría haber ingresado al sistema solar.

Eso puede sonar bien, pero hay problemas con estos mecanismos. Una es que la mayoría de las energías de las partículas serían bajas y el campo magnético de la galaxia no les permitiría entrar. En otras palabras, la antimateria de alta energía detectada por el AMS probablemente no se debió a estos mecanismos.

campo magnético de una galaxia

Campo magnético de una galaxia (Crédito: NASA)

Otra explicación emocionante viene en forma de supernovas. Estas son estrellas en explosión que han llegado al final de su vida. En este caso, las explosiones serían de estrellas de antimateria. El antihelio presente en las profundidades de las estrellas se purga hacia el medio interestelar cuando la estrella explota. La energía de la explosión es tan alta que la antimateria tendría suficiente para superar la barrera magnética del disco galáctico y llegar al Sistema Solar.

Explosión de supernova de una estrella

Explosión de supernova de una estrella (Crédito: imágenes de la NASA/Shutterstock)

Conclusión

Entonces, ¿cómo sabemos si esta teoría es posible? Para confirmarlo, los científicos realizaron simulaciones y concluyeron que realmente podría haber cúmulos globulares de estrellas de antimateria en nuestra galaxia, la Vía Láctea. Es una locura pensar que tales cosas existen, pero ahora que hemos detectado las emisiones de estas estrellas de antimateria, los investigadores están ansiosos por detectar las estrellas mismas. Teniendo en cuenta la forma en que esta teoría está atrayendo más y más atención, ¡habrá telescopios buscándola muy pronto!

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