Encuentran indicios de materia oscura en un detector de la Estación Espacial Internacional

EUROPA PRESS

  • Un equipo del Laboratorio de Ciencia Nuclear del MIT  ha analizado las mediciones hechas en la ISS sobre 41.000 millones eventos de rayos cósmicos.
  • Los datos de su estudio revelan lo que podría ser «una nueva fuente de positrones activa en la galaxia».
  • Las nuevas medidas son compatibles con una partícula de materia oscura.

Astronauta frente a un panel solar en la ISS

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han publicado el resultado de un estudio que promete arrojar luz sobre el origen de la materia oscura.

El grupo del Laboratorio de Ciencia Nuclear del MIT desarrolla una colaboración internacional de científicos que analizó durante dos años y medio el valor de los datos obtenidos por el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS), un gran detector de partículas montado en el exterior de la Estación Espacial Internacional, que captura los rayos cósmicos entrantes de toda la galaxia.

Entre 41.000 millones de eventos de rayos cósmicos —instancias de partículas cósmicas que entran en el detector— los investigadores identificaron 10 millones de electrones y positrones, antipartículas estables de electrones. Los positrones pueden existir en un número relativamente pequeño dentro del flujo de rayos cósmicos.

Un exceso de estas partículas ha sido observado por experimentos anteriores, lo que sugiere que no pueden proceder de los rayos cósmicos sino de una nueva fuente. En 2013, la colaboración AMS, por primera vez, midió con precisión el inicio de este exceso.

Los nuevos resultados de AMS pueden ayudar a los científicos a conocer el origen y las características de la materia oscura —cuyas colisiones pueden dar lugar a los positrones—.

El equipo informa de la fracción de positrones observada, la relación entre el número de positrones y el número combinado de positrones y electrones, dentro de un rango más amplio de energía que la reportada previamente. A partir de los datos, los investigadores observaron que esta fracción de positrones aumenta rápidamente a bajas energías, después de lo cual se ralentiza y finalmente se estabiliza a niveles de energía mucho más altos.

El equipo informa que esta es la primera observación experimental de la máxima fracción de positrones —a 243-307 gigaelectronvoltios (GeV)— después de medio siglo de experimentos de rayos cósmicos.

«Los nuevos resultados de la AMS muestran claramente que una nueva fuente de positrones está activa en la galaxia«, dice Paolo Zuccon, profesor asistente de Física en el MIT. «No sabemos todavía si estos positrones provienen de colisiones de materia oscura, o de fuentes astrofísicas como púlsares. Pero las mediciones en marcha pueden discriminar entre las dos hipótesis «.

Las nuevas medidas, Zuccon añade, son compatibles con una partícula de materia oscura con una masa del orden de 1 teraelectronvoltio (TeV) —cerca de 1.000 veces la masa de un protón—.

Zuccon y sus colegas detallan sus resultados en dos artículos publicados en la revista Physical Review Letters y en una tercera, de próxima publicación.

El 85% de la composición del universo

Casi el 85% del universo está hecho de materia oscura, la materia que de alguna manera no emite ni refleja luz, y por lo tanto es invisible a los telescopios actuales.

Durante décadas, los astrónomos han observado sólo los efectos de la materia oscura, en forma de fuerzas gravitacionales misteriosas que parecen mantener unidas racimos de galaxias que de otro modo se moverían aparte. Estas observaciones llevaron finalmente a la teoría de una fuente invisible de estabilización de masa gravitatoria, o materia oscura.

El experimento AMS a bordo de la Estación Espacial Internacional tiene como objetivo identificar los orígenes de la materia oscura. El detector toma un flujo constante de los rayos cósmicos, que Zuccon describe como «corrientes del universo que traen consigo todo lo que pueden captar alrededor de la galaxia.»

Presumiblemente, esta corriente cósmica incluye restos de las violentas colisiones entre partículas de materia oscura.

 De acuerdo con las predicciones teóricas, cuando dos partículas de materia oscura colisionan, se aniquilan, liberando una cierta cantidad de energía que depende de la masa de las partículas originales. Cuando las partículas se aniquilan, producen partículas ordinarias que con el tiempo se descomponen en partículas estables, incluyendo electrones, protones, antiprotones y positrones.

 A medida que la materia visible en el universo está formado por protones y electrones, los investigadores razonaron que la contribución de estas mismas partículas de colisiones de materia oscura sería insignificante. Sin embargo, los positrones y antiprotones son mucho más raros en el universo; cualquier detección de estas partículas que aun por poco destacase del fondo esperado podría provenir de una nueva fuente. Las características de este exceso ayudará a los científicos a determinar si los positrones proceden de fuentes astrofísicos tales como púlsares, o de la materia oscura.

«La materia oscura está allí«, dice Zuccon. «Simplemente no sabemos lo que es. AMS tiene la posibilidad de arrojar luz sobre sus características. Vemos alguna pista ahora, y está dentro de nuestras posibilidades decir si esa pista es cierta».




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