El misterio de los positrones gal¨¢cticos

La antimateria no es s¨®lo un t¨¦rmino de ciencia ficci¨®n. Las part¨ªculas de antimateria se crean y se destruyen cotidianamente en los aceleradores de part¨ªculas y tambi¨¦n en nuestra galaxia. En las regiones centrales de la V¨ªa L¨¢ctea se produce abundantemente antimateria. Los astr¨®nomos estudian este proceso desde que detectaron su existencia, en la d¨¦cada de los setenta. El telescopio de rayos gamma de la Agencia Europea del Espacio (ESA), INTEGRAL, ha resuelto ahora uno de los misterios relacionados con la formaci¨®n de antimateria en el centro gal¨¢ctico.

Un positr¨®n es la antipart¨ªcula del electr¨®n, es decir, una part¨ªcula que tiene la misma masa que el electr¨®n y la misma carga, aunque de signo opuesto. Las leyes de la f¨ªsica nos dicen que si un electr¨®n y un positr¨®n colisionan, se aniquilan, y del proceso resultan dos o m¨¢s fotones. En los casos en que el positr¨®n y el electr¨®n en colisi¨®n no sean part¨ªculas muy energ¨¦ticas, el resultado suele ser la emisi¨®n de dos fotones, cada uno con una energ¨ªa igual a la energ¨ªa en reposo del electr¨®n (o del positr¨®n, no olvidemos que sus masas son iguales), es decir 511 kelectronvoltios (keV).

La detecci¨®n de radiaci¨®n con esta energ¨ªa, que cae en el dominio de los rayos gamma, se considera una se?al inequ¨ªvoca de que est¨¢ teniendo lugar la aniquilaci¨®n de electrones y positrones, es decir, de materia y antimateria. Y ¨¦sa es justamente la emisi¨®n que se detecta en el centro de la V¨ªa L¨¢ctea. Se sabe que es un proceso relacionado con las explosiones de supernova o con estrellas muy masivas. La principal fuente de positrones en la V¨ªa L¨¢ctea es el decaimiento radiactivo de is¨®topos de n¨ªquel (56Ni), titanio (44Ti) y aluminio (26Al), que han sido expulsados al medio interestelar durante las explosiones de supernovas o por vientos estelares de las llamadas estrellas Wolf Rayet, muy masivas.

54 millones de segundos

Los instrumentos del sat¨¦lite INTEGRAL detectan precisamente rayos gamma. El an¨¢lisis de 54 millones de segundos de observaci¨®n realizados por INTEGRAL ha permitido elaborar un mapa detallado de las zonas de emisi¨®n de radiaci¨®n de 511 keV en la V¨ªa L¨¢ctea. As¨ª se ha visto que la emisi¨®n se concentra fundamentalmente en la regi¨®n central de nuestra galaxia, pero tambi¨¦n se detecta el disco gal¨¢ctico. La emisi¨®n en el disco no es sim¨¦trica, es decir, la cantidad de radiaci¨®n emitida no es la misma a uno y otro lado del centro de la galaxia.

Pero a¨²n hay m¨¢s. La diferencia de luminosidades entre el centro y el disco gal¨¢ctico es cuatro veces superior a la diferencia entre la densidad de supernovas (y por tanto de la producci¨®n esperada de positrones) en una y otra regi¨®n. Es decir, en funci¨®n de la radiaci¨®n emitida en ambas regiones, cabr¨ªa esperar que en el centro de la galaxia se detectaran m¨¢s supernovas que en el disco. Y no es as¨ª. ?A qu¨¦ se deben entonces las diferencias en la cantidad de antimateria? ?Qu¨¦ hay que no encaja en la teor¨ªa? Estos hallazgos obligaron a los expertos a revisar sus teor¨ªas sobre la producci¨®n de positrones.

M¨¢s antimateria en el centro

Finalmente, los astr¨®nomos han dado con la soluci¨®n al interrogante de los positrones gal¨¢cticos. Una de las hip¨®tesis de partida supon¨ªa que el positr¨®n, al ser una part¨ªcula cargada, se ver¨ªa afectado por los campos magn¨¦ticos en nuestra galaxia, y no ser¨ªa capaz de viajar muy lejos de las zonas donde hab¨ªa sido generado antes de ser aniquilado. Es decir, detectar radiaci¨®n de 511 keV en regiones donde no hay fuentes conocidas de positrones implicar¨ªa la existencia de otras fuentes de producci¨®n de positrones, no consideradas hasta el momento. En realidad, este planteamiento no es v¨¢lido: no es correcto suponer que los positrones no pueden alejarse de las zonas donde fueron creados. Los positrones s¨ª pueden viajar grandes distancias en la galaxia, porque la interacci¨®n con fluctuaciones magn¨¦ticas no es tan intensa como para afectarles significativamente.

Si a esta movilidad de los positrones a?adimos que hay mucha m¨¢s densidad de materia y antimateria en la regi¨®n central de la galaxia que en disco, la explicaci¨®n al misterio es sencilla. Los positrones producidos en el disco, donde la densidad es menor, pueden alejarse mucho de sus zonas de producci¨®n. Los positrones producidos en el centro gal¨¢ctico, en cambio, donde la densidad es m¨¢s alta, tienen mayor probabilidad de ser aniquilados cerca de donde fueron creados, produciendo por tanto la mayor intensidad en la emisi¨®n de 511 keV en el centro gal¨¢ctico que efectivamente se observa.

Celia S¨¢nchez es astr¨®noma del telescopio INTEGRAL, de la ESA