Los científicos han recreado con éxito condiciones que se asemejan a “bolas de fuego cósmicas” dentro del acelerador de partículas del CERN, un experimento innovador destinado a comprender la enigmática desaparición de los rayos gamma de alta energía de galaxias distantes. Este logro podría desbloquear conocimientos cruciales sobre el origen de los campos magnéticos en el espacio intergaláctico y el comportamiento de la materia en condiciones extremas.
Simulando condiciones extremas del universo
La investigación, realizada por científicos de la Universidad de Oxford y la Instalación Central de Láser del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC), utilizó la instalación HiRadMat del CERN y el Super Proton Synchrotron para generar pares de partículas de materia y antimateria (electrones y positrones). Luego, estas partículas fueron lanzadas a través de una columna de plasma (un gas ionizado sobrecalentado) simulando las intensas condiciones que se encuentran en los chorros que emanan de los blazares. Los blazares son un tipo de núcleo galáctico activo, donde los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias consumen materia y expulsan corrientes de plasma de alta energía.
“Estos experimentos demuestran cómo la astrofísica de laboratorio puede probar las teorías del universo de alta energía”, explicó Bob Bingham, miembro del equipo de la Universidad de Strathclyde. “Al reproducir las condiciones relativistas del plasma en el laboratorio, podemos medir los procesos que dan forma a la evolución de los chorros cósmicos y comprender mejor el origen de los campos magnéticos en el espacio intergaláctico”.
¿Qué son los blazares y por qué desaparecen los rayos gamma?
Los blazares son un subconjunto fascinante de “núcleos galácticos activos” (AGN). En el corazón de estas galaxias se encuentra un agujero negro supermasivo (millones o miles de millones de veces más masivo que nuestro Sol) que atrae vorazmente el gas y el polvo circundantes. Este material forma un disco giratorio, llamado disco de acreción, que brilla intensamente debido a la fricción.
A medida que la materia cae hacia el agujero negro, poderosos campos magnéticos canalizan parte de ella hacia los polos del agujero negro. Esta materia se acelera hasta casi la velocidad de la luz y se expulsa en forma de chorros gemelos de plasma. Cuando uno de estos chorros apunta directamente hacia la Tierra, se convierte en un blazar. Estos chorros producen una intensa radiación de rayos gamma que los telescopios en la Tierra pueden detectar.
Sin embargo, ha surgido un fenómeno desconcertante: cuando estos rayos gamma viajan a través del espacio intergaláctico, no siempre producen las señales secundarias predichas por la física estándar. Los científicos anticiparon que las interacciones con fotones en la luz de fondo cósmica crearían pares de electrones y positrones (materia y antimateria), y estos pares, a su vez, deberían dispersarse del fondo cósmico de microondas (CMB), un débil resplandor del Big Bang. Esta dispersión debería generar rayos gamma de menor energía detectables por telescopios como la nave espacial Fermi. Sin embargo, estos rayos gamma de menor energía eluden constantemente la detección.
El misterio desaparecido de los rayos gamma: explicaciones y nuevos hallazgos
Varias teorías intentan explicar esta aparente discrepancia. Una sugerencia es que los débiles campos magnéticos intergalácticos desvían los pares electrón-positrón, empujando efectivamente los rayos gamma de menor energía fuera de nuestra línea de visión. Otra posibilidad implica la inestabilidad en estos pares de materia-antimateria a medida que atraviesan la escasa materia entre galaxias, provocando fluctuaciones en el chorro de plasma y generando campos magnéticos que disipan la energía del haz. Finalmente, la presencia de un “campo magnético reliquia”, restos del universo temprano, podría estar codificando los rayos gamma.
El reciente experimento del CERN fue diseñado para probar las dos primeras de estas teorías. Sorprendentemente, el equipo observó una interrupción mínima en el haz de plasma, lo que contradice la expectativa de una generación significativa de campo magnético. Esto sugiere que las inestabilidades del plasma podrían ser demasiado débiles para explicar los rayos gamma faltantes, lo que refuerza la posibilidad de que un campo magnético reliquia influya en su comportamiento.
Los hallazgos del equipo desafían las teorías predominantes y fortalecen el argumento a favor de la existencia de un campo magnético reliquia que impregna el medio intergaláctico.
Mirando hacia el futuro
Los resultados plantean preguntas intrigantes, en particular sobre cómo un campo magnético reliquia de este tipo podría haberse originado en el universo primitivo notablemente uniforme. Responder a esta pregunta podría requerir explorar la física más allá del modelo estándar, lo que podría implicar instalaciones avanzadas como el Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO).
“Fue muy divertido ser parte de un experimento innovador como este que añade una dimensión novedosa a la investigación de vanguardia que se realiza en el CERN”, concluyó Subir Sarkar, miembro del equipo e investigador de la Universidad de Oxford. Los hallazgos del equipo, publicados en la revista PNAS, ofrecen una nueva perspectiva sobre cuestiones cósmicas fundamentales y resaltan el potencial de los experimentos de laboratorio para sondear los ambientes más extremos del universo.
