Artículo publicado por Edwin Cartlidge el 20 de mayo de 2011 en physicsworld.com

Nuevos resultados del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA parecen confirmar una tasa mayor de lo esperado de positrones de alta energía que alcanzan la Tierra desde el espacio exterior. Esta anomalía en el flujo de rayos cósmicos se observó por primera vez por la nave italiana PAMELA en 2008 y sugiere la existencia de partículas de materia oscura en aniquilación.

Los físicos creen que aproximadamente el 80% de la masa del universo está en forma de una misteriosa sustancia conocida como materia oscura. Incapaces de observar la materia oscura usando luz u otras formas de radiación electromagnética, los investigadores están intentando encontrar pruebas directas de la misma en la Tierra usando detectores subterráneos con grandes escudos o aceleradores de partículas. Pero también tienen una tercera opción menos directa ? usar instrumentos en satélites o globos para detectar las partículas que algunas teorías predicen que se crean en el espacio cuando colisionan dos partículas de materia oscura y se aniquilan.

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La misión PAMELA provocó un gran revuelo en 2008 después de que encontrase un número significativamente mayor de lo esperado de positrones (anti-electrones) en energías entre 10-100 GeV. Teniendo en cuenta que sólo se producen positrones cuando interactúan los protones con el medio interestelar, los físicos han calculado que a energías más altas debería haber una caída gradual en el número de positrones que alcanzan la Tierra. Sin embargo, las colisiones de materia oscura se espera que produzcan un igual número de electrones y positrones en un rango de energía dado. Esto aumentaría la proporción de positrones a electrones detectados, debido a que los positrones son sustancialmente menos abundantes que los electrones en el universo.

¿Positrones o protones?

Los resultados de PAMELA, no obstante, no eran definitivos, principalmente debido a la posibilidad de que la misión estuviese confundiendo positrones con el número mucho mayor de protones que alcanza sus detectores. Pero los últimos resultados de Fermi parecen eliminar estas dudas. Aunque es un telescopio de rayos gamma, Fermi funciona de hecho detectando pares de electrón-positrón y por esto también está perfectamente capacitado para estudiar los rayos cósmicos. Al contrario que PAMELA no incluye un imán para distinguir entre electrones y positrones, pero los científicos de Fermi se dieron cuenta de que podrían usar en su lugar en campo magnético de la Tierra. Éste curva los electrones y positrones de tal forma que ciertas zonas del cielo contendrán justo un tipo de partícula, pero no de la otra. Por lo que estudiando las señales procedentes de estas regiones, los investigadores fueron capaces de medir separadamente los flujos de electrones y positrones, y por tanto, calcular la fracción provocada sólo por los últimos.

Los resultados de este análisis se presentaron en una conferencia en Roma la semana pasada por parte del miembro colaborador de Fermi Warit Mitthumsiri. El colega de Mitthumsiri, Stefan Funk del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC en California, cree que los resultados constituyen ?una confirmación muy buena?, de las observaciones de hace tres años, y mantiene que el ruido de fondo se ha tenido en cuenta adecuadamente. ?Habrá una pequeña fracción de protones que tendrán el aspecto de electrones?, dice, ?pero somos bastante optimistas respecto a que hayamos sustraído esa porción correctamente?.

El investigador principal de PAMELA, Piergiorgio Picozza de la Universidad de Roma Tor Vergata, está de acuerdo. Dice que, salvo alguna fuente desconocida de protones, los resultados de Fermi “apoyan sólidamente el exceso de positrones a una energía mayor”, añadiendo que el acuerdo es el más convincente debido a que los dos conjuntos de datos fueron derivados usando “distintos análisis, distintos detectores, y condiciones experimentales completamente distintas”.

Sin embargo, incluso si los propios resultados tienen ahora un sustento más firme, su interpretación aún está abierta a debate. En principio, el exceso de positrones podría apuntar a una falta de comprensión sobre cómo interactúan los fotones con el medio interestelar, pero Funk cree que esto es improbable. Lo que es más probable, dice, es la existencia de otra fuente primaria de positrones, pero que podría estar aniquilando partículas de materia oscura o algún proceso astrofísico más mundano, tal como la aceleración por púlsares. ?Podemos confirmar el resultado de PAMELA?, explica, pero aún es un misterio de dónde proceden estos positrones adicionales?.

AMS o Planck podrían dar respuestas

John Wefel, astrofísico experimental en la Universidad Estatal de Louisiana en los Estados Unidos, cree que el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) podría ayudar a establecer lo que está provocando el exceso. El AMS acaba de ponerse operativo en la Estación Espacial Internacional y Wefel señala que tiene un imán más potente que el del PAMELA, y que por tanto será capaz de estudiar los flujos de positrones a energías mayores. ?Lo que ‘ve? AMS puede ser muy importante para decidir entre distintos modelos?, dice.

Neal Weiner de la Universidad de Nueva York cree que la misión Planck de la NASA podría proporciona la respuesta; defiende que si el exceso de positrones se debe realmente a la aniquilación de materia oscura, entonces tal aniquilación debería alterar el fondo cósmico de microondas. ?Aparecerán algunas personas diciendo que esto claramente es materia oscura, y algunas lo descartarán como astrofísica descuidada?, comenta. ?Pero creo que ambas reacciones estarán equivocadas. Esto es ciencia después de todo, por lo que las corazonadas de uno no son la cuestión – simplemente necesitaremos más datos, y tendremos más datos”.