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Astrónomos estudian un púlsar que viaja a gran velocidad y libera antimateria

Los astrónomos han fotografiado un haz de materia y antimateria que tiene 74 mil millones de kilómetros de largo con el Observatorio de rayos X Chandra.

PSR J2030 + 4415: una pequeña estrella desata un gigantesco haz de materia y antimateria. Crédito: Chandra rayosX/ NASA

El haz es impulsado por un púlsar, una estrella colapsada que gira rápidamente con un fuerte campo magnético.

Con su tremenda escala, este haz puede ayudar a explicar el número sorprendentemente grande de positrones, las contrapartes de antimateria de los electrones, en la galaxia de la Vía Láctea.

Los astrónomos descubrieron por primera vez el haz, o filamento, en 2020, pero no sabían toda su longitud porque se extendía más allá del borde del detector Chandra. Nuevas observaciones de Chandra realizadas por el mismo par de investigadores tomadas en febrero y noviembre de 2021 muestran que el filamento es aproximadamente tres veces más largo que el visto originalmente. El filamento abarca aproximadamente la mitad del diámetro de la Luna llena en el cielo, lo que lo convierte en el más largo de un púlsar visto desde la Tierra.

“Es sorprendente que un púlsar que tiene solo 18,5 kilómetros de ancho pueda crear una estructura tan grande que podamos verla desde miles de años luz de distancia”, dijo Martijn de Vries, de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, quien dirigió el estudio.

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La antimateria del Púlsar

El púlsar 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 alrededor de tres veces por segundo, más rápido que la mayoría de los ventiladores de techo.

Este resultado puede proporcionar una nueva visión de la fuente de la antimateria de la Vía Láctea, que es similar a la materia ordinaria pero con sus cargas eléctricas invertidas. Por ejemplo, un positrón es el equivalente cargado positivamente al electrón.

La gran mayoría del universo consiste en materia ordinaria en lugar de antimateria. Los científicos, sin embargo, continúan encontrando evidencia de un número relativamente grande de positrones en los detectores en la Tierra, lo que lleva a la pregunta: ¿Cuáles son las posibles fuentes de esta antimateria?

Los investigadores en el nuevo estudio de Chandra piensan que los púlsares como PSR J2030 + 4415 pueden ser una respuesta. La combinación de dos extremos, rotación rápida y altos campos magnéticos de púlsares, conduce a la aceleración de partículas y la radiación de alta energía que crea pares de electrones y positrones.

El púlsar puede estar filtrando estos positrones en la galaxia. Los púlsares generan vientos de partículas cargadas que generalmente están confinadas dentro de sus poderosos campos magnéticos.

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El púlsar se mueve a gran velocidad

El púlsar está viajando a través del espacio interestelar a aproximadamente 1.850.000 km/h, con el viento detrás de él. Un choque de proa de gas se mueve frente al púlsar, similar a la acumulación de agua frente a un barco en movimiento. Sin embargo, hace unos 20 a 30 años, el movimiento del choque de arco parece haberse estancado, y el púlsar lo alcanzó, lo que resultó en una interacción con el campo magnético interestelar que se ejecuta en casi una línea recta de izquierda a derecha.

“Esto probablemente desencadenó una fuga de partículas”, dijo el coautor Roger Romani, también de Stanford. “El campo magnético del viento púlsar se conectó con el campo magnético interestelar, y los electrones y positrones de alta energía salieron a chorros a través de una boquilla formada por conexión”.

A medida que las partículas se movían a lo largo de esa línea del campo magnético interestelar a aproximadamente un tercio de la velocidad de la luz, la iluminaban en rayos X. Esto produjo el filamento largo visto por Chandra.

Las partículas pueden viajar a través del espacio

Anteriormente, los astrónomos han observado grandes halos alrededor de los púlsares cercanos en la luz de rayos gamma que implican que los positrones energéticos generalmente tienen dificultades para filtrarse hacia la galaxia. Esto socavó la idea de que los púlsares explican el exceso de positrones que los científicos detectan. Sin embargo, los filamentos de púlsar que se han descubierto recientemente, como PSR J2030 + 4415, muestran que las partículas en realidad pueden escapar al espacio interestelar y, finalmente, podrían llegar a la Tierra.

Un artículo que describe estos resultados aparecerá en The Astrophysical Journal y está disponible en línea. El Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA administra el programa Chandra. El Centro de Rayos X Chandra del Observatorio Astrofísico Smithsonian controla las operaciones científicas desde Cambridge, Massachusetts, y las operaciones de vuelo desde Burlington, Massachusetts.

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