Ilustración del mapa del cielo creado por el telescopio Fermi, con la banda central eliminada para bloquear los rayos gamma procedentes de la Vía Láctea. Los puntos de llegada de los rayos gamma están representados con puntos rojos (muy energéticos), verdes (energía más baja), y azules (más baja todavía). La orientación relativa de los tres tipos de puntos es la que indica la orientación (izquierda o derecha) de las espirales. Imagen: Hiroyuki Tashiro. Fuente: Royal Astronomy Society.
El descubrimiento de un campo magnético 'zurdo' que impregna el universo podría ayudar a explicar un largo misterio: la ausencia de antimateria cósmica. Un grupo de científicos ha anunciado su resultado en el Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.
El equipo está liderado por el profesor Tanmay Vachaspati, de la Universidad Estatal de Arizona en los Estados Unidos, con colaboradores de la Universidad de Washington en San Luis y la Universidad de Nagoya (Japón).
Los planetas, estrellas, gas y polvo están casi completamente formados de materia "normal", del tipo que conocemos en la Tierra. Pero la teoría predice que debería haber una cantidad similar de antimateria, que es como materia normal, pero con la carga opuesta. Por ejemplo, un antielectrón (llamado positrón) tiene la misma masa que su homólogo convencional, pero con carga positiva en lugar de negativa.
En 2001, el profesor Vachaspati publicó modelos teóricos para tratar de resolver este rompecabezas, que predicen que el universo entero está lleno de campos magnéticos helicoidales (similares a un tornillo). Él y su equipo se inspiraron para buscar evidencia de estos campos en los datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, de la NASA (FGST, por sus siglas en inglés).
FGST, lanzado en 2008, observa los rayos gamma (radiación electromagnética con una longitud de onda más corta que los rayos X) procedentes de fuentes muy distantes, como los agujeros negros supermasivos que se encuentran en muchas grandes galaxias. Los rayos gamma son sensibles al efecto del campo magnético a través del cual viajan en su largo viaje hacia la Tierra. Si el campo es helicoidal, imprimirá un patrón en espiral sobre la distribución de los rayos gamma.
Vachaspati y su equipo ven exactamente este efecto en los datos FGST, lo que les permite no sólo detectar el campo magnético, sino también medir sus propiedades. Los datos muestran no sólo un campo helicoidal, sino también que hay un exceso de zurdera (orientación a la izquierda): un descubrimiento fundamental que por primera vez sugiere el mecanismo preciso que condujo a la ausencia de antimateria.
El equipo está liderado por el profesor Tanmay Vachaspati, de la Universidad Estatal de Arizona en los Estados Unidos, con colaboradores de la Universidad de Washington en San Luis y la Universidad de Nagoya (Japón).
Los planetas, estrellas, gas y polvo están casi completamente formados de materia "normal", del tipo que conocemos en la Tierra. Pero la teoría predice que debería haber una cantidad similar de antimateria, que es como materia normal, pero con la carga opuesta. Por ejemplo, un antielectrón (llamado positrón) tiene la misma masa que su homólogo convencional, pero con carga positiva en lugar de negativa.
En 2001, el profesor Vachaspati publicó modelos teóricos para tratar de resolver este rompecabezas, que predicen que el universo entero está lleno de campos magnéticos helicoidales (similares a un tornillo). Él y su equipo se inspiraron para buscar evidencia de estos campos en los datos del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, de la NASA (FGST, por sus siglas en inglés).
FGST, lanzado en 2008, observa los rayos gamma (radiación electromagnética con una longitud de onda más corta que los rayos X) procedentes de fuentes muy distantes, como los agujeros negros supermasivos que se encuentran en muchas grandes galaxias. Los rayos gamma son sensibles al efecto del campo magnético a través del cual viajan en su largo viaje hacia la Tierra. Si el campo es helicoidal, imprimirá un patrón en espiral sobre la distribución de los rayos gamma.
Vachaspati y su equipo ven exactamente este efecto en los datos FGST, lo que les permite no sólo detectar el campo magnético, sino también medir sus propiedades. Los datos muestran no sólo un campo helicoidal, sino también que hay un exceso de zurdera (orientación a la izquierda): un descubrimiento fundamental que por primera vez sugiere el mecanismo preciso que condujo a la ausencia de antimateria.
Nanosegundos más o menos
Por ejemplo, los mecanismos que se produjeron nanosegundos después del Big Bang, cuando el campo de Higgs dio masas a todas las partículas conocidas, predicen campos zurdos, mientras que los mecanismos basados en las interacciones que se produjeron antes aún predicen campos diestros.
Vachaspati comenta, en la nota de prensa de la Real Sociedad de Astronomía británica: "Tanto el planeta en que vivimos como la estrella que orbitamos se componen de materia normal. A pesar de que aparece en muchas historias de ciencia ficción, la antimateria parece ser increíblemente poco frecuente en la naturaleza. Con este nuevo resultado, tenemos uno de los primeros indicios de que podríamos ser capaces de resolver el misterio".
Este descubrimiento tiene implicaciones amplias, dado que un campo magnético cosmológico podría desempeñar un papel importante en la formación de las primeras estrellas y podría ser la semilla del campo más fuerte que se observa en galaxias y cúmulos de galaxias actualmente.
Por ejemplo, los mecanismos que se produjeron nanosegundos después del Big Bang, cuando el campo de Higgs dio masas a todas las partículas conocidas, predicen campos zurdos, mientras que los mecanismos basados en las interacciones que se produjeron antes aún predicen campos diestros.
Vachaspati comenta, en la nota de prensa de la Real Sociedad de Astronomía británica: "Tanto el planeta en que vivimos como la estrella que orbitamos se componen de materia normal. A pesar de que aparece en muchas historias de ciencia ficción, la antimateria parece ser increíblemente poco frecuente en la naturaleza. Con este nuevo resultado, tenemos uno de los primeros indicios de que podríamos ser capaces de resolver el misterio".
Este descubrimiento tiene implicaciones amplias, dado que un campo magnético cosmológico podría desempeñar un papel importante en la formación de las primeras estrellas y podría ser la semilla del campo más fuerte que se observa en galaxias y cúmulos de galaxias actualmente.
Recreación artística del FGST en órbita. Imagen: NASA. Fuente: Royal Astronomical Society.
El campo de Higgs
En los momentos posteriores al Big Bang, según investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), el campo de Higgs habría sido mucho mayor de lo que es actualmente, y habría propiciado que hubiese un pequeño exceso de partículas de materia sobre la cantidad de antipartículas. En otras palabras, habría favorecido que las masas de las partículas y de las antipartículas fueran temporalmente desiguales.
De esta forma, y a pesar de que siempre que una partícula y una antipartícula se encuentran desaparecen emitiendo dos fotones o un par de otras partículas, un pequeño número de partículas consiguió sobrevivir, para dar lugar a las estrellas, los planetas, y el gas del universo actual. Todo esto ocurrió a medida que el universo, en sus estadios iniciales, se enfriaba.
El planteamiento de los físicos de la UCLA es consistente con los resultados obtenidos en el LHC, que han señalado que el campo de Higgs, en los primeros momentos tras el Big Bang, era mucho más grande que su "valor de equilibrio” actual.
Posteriormente, se habría producido una relajación de este campo cuántico, que pasó de su gran valor tras el Big Bang hasta el mínimo del potencial efectivo del presente. Esta etapa habría sido clave en la evolución del Universo, explican los investigadores.
En los momentos posteriores al Big Bang, según investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), el campo de Higgs habría sido mucho mayor de lo que es actualmente, y habría propiciado que hubiese un pequeño exceso de partículas de materia sobre la cantidad de antipartículas. En otras palabras, habría favorecido que las masas de las partículas y de las antipartículas fueran temporalmente desiguales.
De esta forma, y a pesar de que siempre que una partícula y una antipartícula se encuentran desaparecen emitiendo dos fotones o un par de otras partículas, un pequeño número de partículas consiguió sobrevivir, para dar lugar a las estrellas, los planetas, y el gas del universo actual. Todo esto ocurrió a medida que el universo, en sus estadios iniciales, se enfriaba.
El planteamiento de los físicos de la UCLA es consistente con los resultados obtenidos en el LHC, que han señalado que el campo de Higgs, en los primeros momentos tras el Big Bang, era mucho más grande que su "valor de equilibrio” actual.
Posteriormente, se habría producido una relajación de este campo cuántico, que pasó de su gran valor tras el Big Bang hasta el mínimo del potencial efectivo del presente. Esta etapa habría sido clave en la evolución del Universo, explican los investigadores.
Referencias bibliográficas:
Wenlei Chen, Borun D. Chowdhury, Francesc Ferrer, Hiroyuki Tashiro y Tanmay Vachaspati: Intergalactic magnetic field spectra from diffuse gamma-rays. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2015) DOI: 10.1093/mnras/stv308.
T. Vachaspati: Estimate of the Primordial Magnetic Field Helicity. Physical Review Letters (2001). arXiv:astro-ph/0101261v3.
Wenlei Chen, Borun D. Chowdhury, Francesc Ferrer, Hiroyuki Tashiro y Tanmay Vachaspati: Intergalactic magnetic field spectra from diffuse gamma-rays. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2015) DOI: 10.1093/mnras/stv308.
T. Vachaspati: Estimate of the Primordial Magnetic Field Helicity. Physical Review Letters (2001). arXiv:astro-ph/0101261v3.