Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de California en Pasadena acaba de hacer pública la imagen de un enorme filamento, un chorro de materia y de antimateria de más de 60 billones de km de largo. El haz, el mayor de este tipo observado hasta ahora, procede de un púlsar, el núcleo compacto de una antigua estrella colapsada que gira muy rápidamente y que posee un fuerte campo magnético. El trabajo puede contribuir a aclarar un misterio que lleva décadas desconcertando a los científicos: ¿De dónde sale toda antimateria que los astrónomos ven en nuestra galaxia?

En la imagen, el haz de partículas de antimateria emitido por el púlsar PSR J2030+4415 – Rayos X: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries; Imágen óptica: NSF/AURA/Gemini Consortium

Los investigadores descubrieron por primera vez esta enorme estructura en 2020, pero no conocían su longitud total porque se extendía más allá del borde del detector Chandra, el telescopio con el que se hicieron las observaciones.

Pero los dos mismos investigadores volvieron a intentarlo en febrero y noviembre de 2021 y, esta vez sí, se dieron cuenta de que el filamento es aproximadamente tres veces más largo de lo que se vio en la primera observación. El filamento abarca aproximadamente la mitad del diámetro de la Luna llena en el cielo, lo que lo convierte en el más largo procedente de un púlsar visto desde la Tierra. El trabajo se acaba de publicar en ‘ The Astrophysical Journal’.

«Resulta sorprendente que un púlsar de solo 15 km de diámetro pueda crear una estructura tan grande que podemos verla desde miles de años luz de distancia -afirma Martijn de Vries, que ha dirigido el estudio-. Con el mismo tamaño relativo, si el filamento se extendiera desde Nueva York hasta Los Ángeles, el púlsar sería unas 100 veces más pequeño que el objeto más pequeño visible a simple vista».

El púlsar en cuestión se llama PSR J2030+4415 y se encuentra a unos 1.600 años luz de la Tierra. Este objeto, del tamaño de una ciudad, gira sobre sí mismo unas tres veces por segundo.

El problema de la antimateria

Excepto por su carga eléctrica, que es opuesta, materia y antimateria resultan idénticas en todos los aspectos. Y como saben muy bien los físicos, en la naturaleza todas las partículas cuentan con sus correspondientes ‘antipartículas’. Así, a un electrón le corresponde un ‘antielectrón’ o positrón, que no es más que un electrón con carga positiva, igual que cada protón tiene su antiprotón y cada neutrino, por citar sólo algunos ejemplos, su antineutrino. Se da la circunstancia de que cuando una partícula de materia se encuentra con su correspondiente antipartícula (por ejemplo, un electrón con un positrón) ambas se destruyen en un fogonazo de energía.

Según la teoría vigente, durante el Big Bang debió generarse una cantidad idéntica de materia que de antimateria. Pero existen incontables evidencias de que todo lo que podemos ver a nuestro alrededor, hasta la más lejana de las galaxias, está hecho sólo de materia. Que sepamos, ahí arriba no hay ‘anti planetas’ o ‘antiestrellas’. Y si existieran, habríamos detectado ya sin duda los fogonazos gamma de alta energía fruto de su contacto con la materia ‘normal’ que tienen a su alrededor.

¿Dónde está, pues, toda la antimateria que falta? Descubrir cómo terminamos en un Universo lleno de materia y prácticamente sin rastro de antimateria constituye uno de los mayores misterios a los que se enfrenta la Física.

Lo cual, sin embargo, no significa que los científicos, en ocasiones, sigan encontrando evidencia de cantidades relativamente grandes de partículas de antimateria (especialmente positrones) con sus detectores. ¿Pero cuáles son las fuentes de esta antimateria?

Una fuente de antimateria

Los autores del estudio creen haber hallado una respuesta. La antimateria que observamos en la galaxia procede de púlsares como PSR J2030+441. En ellos, la combinación entre una rápida rotación y unos campos magnéticos muy intensos, aceleran las partículas y crean haces de radiación de alta energía que dan lugar a pares de electrones y positrones. Después, los púlsares lanzan estos positrones, a través de haces como el que han fotografiado los autores de este estudio, por toda la galaxia.

El mecanismo, sin embargo, no es tan sencillo. Se sabe que los púlsares generan ‘vientos’ de partículas cargadas, que normalmente se quedan confinadas en el interior de sus poderosos campos magnéticos. PSR J2030+441 viaja a través del espacio interestelar a aproximadamente 1,5 millones de km por hora, con el viento detrás de él. Una descarga de gas se mueve frente al púlsar, algo parecido a la acumulación de agua frente a un barco en movimiento. Sin embargo, hace unos 20 o 30 años, el movimiento del arco de choque parece haber cesado, de forma que el púlsar lo alcanzó. Lo cual resultó en una interacción con el campo magnético interestelar que se desplazaba casi en línea recta de izquierda a derecha.

«Probablemente, esto desencadenó una fuga de partículas -explica Roger Romani, coautor del estudio-. El campo magnético del viento púlsar se vinculó con el campo magnético interestelar, y los electrones y positrones de alta energía salieron a chorros a través de una ‘boquilla’ formada por la conexión».

A medida que las partículas se movían a lo largo de la línea del campo magnético interestelar a aproximadamente un tercio de la velocidad de la luz, la iluminaron en rayos X. Y eso produjo el largo filamento observado por los científicos. Un mecanismo complejo, pero que podría explicar la presencia de antimateria en la Vía Láctea.

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