lunes, 24 de enero de 2011

Las tormentas eléctricas fabrican antimateria

Concepto artístico de partículas de antimateria dispersándose por encima de una tormenta eléctrica.

Haciendo uso del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma, de la NASA, los científicos han detectado haces de antimateria producidos por encima de las tormentas eléctricas en la Tierra, un fenómeno nunca antes observado.
Los científicos creen que las partículas de antimateria fueron creadas dentro de las tormentas eléctricas en un Destello de Rayos Gamma Terrestre o DRGT, por su sigla en idioma español (Terrestrial Gamma-ray Flash o TGF, en idioma inglés), asociado a los relámpagos. Se estima que diariamente se producen alrededor de 500 TGF en todo el mundo, pero la mayoría de ellos no son detectados.
"Estas señales son la primera evidencia directa de que las tormentas eléctricas pueden crear haces de partículas de antimateria", dijo Michael Briggs, quien es miembro del equipo que opera el Monitor de Destellos de Rayos Gamma (Gamma-ray Burst Monitor o GBM, en idioma inglés) del Telescopio Fermi, en la Universidad de Alabama, ubicada en Huntsville (UAH, por su sigla en idioma inglés). Briggs presentó este descubrimiento el pasado lunes en una conferencia que se llevó a cabo durante la reunión de la Sociedad Astronómica Estadounidense, en Seattle.

El telescopio Fermi está diseñado para monitorizar los rayos gamma, que constituyen la forma más energética de luz. Cuando la antimateria que golpea a este telescopio colisiona con una partícula de materia normal, ambas partículas son inmediatamente aniquiladas y transformadas en rayos gamma. El GBM ha detectado rayos gamma con energías de 511.000 electrónvoltios, lo cual indica que un electrón ha encontrado su contraparte de antimateria, un positrón.
Aunque el GBM del Fermi fue diseñado para observar eventos de alta energía en el universo, también está proporcionando valiosas contribuciones para entender este extraño fenómeno. El GBM monitoriza constantemente el cielo entero así como la Tierra que se encuentra por debajo suyo. El equipo del GBM ha identificado 130 TGF desde el lanzamiento del telescopio Fermi, el cual tuvo lugar en el año 2008. 

Fermi se encontraba sobre Egipto, el 14 de diciembre de 2009, cuando un destello de positrones emergió desde una tormenta eléctrica en África.

"En órbita desde hace menos de 3 años, la misión Fermi ha demostrado ser una increíble herramienta para explorar el universo. Ahora aprendimos que también puede descubrir misterios mucho más cerca de nosotros", dijo Ilana Harrus, quien es científica del programa Fermi en la base de operaciones de la NASA, en Washington.
En la mayoría de los TGF observados, la nave espacial se encontraba directamente arriba de una tormenta eléctrica. Sin embargo, en cuatro casos, las tormentas se hallaban muy alejadas del Fermi. Además, las señales de radio producidas por relámpagos, las cuales fueron detectadas por una red de monitorización global, indican que los relámpagos se encontraban a cientos de kilómetros de distancia o más cuando se realizó la detección. Durante un TGF ocurrido el 14 de diciembre de 2009, el Fermi estaba localizado sobre Egipto, pero la tormenta eléctrica activa se encontraba en Zambia, unos 4.500 kilómetros (2.800 millas) al sur. La distante tormenta se hallaba por debajo del horizonte del telescopio Fermi, de forma que no fue posible detectar los rayos gamma producidos por ella.
"Aunque Fermi no podía ver la tormenta, la nave espacial estaba magnéticamente conectada a ella", explicó Joseph Dwyer, quien trabaja en el Instituto de Tecnología de Florida, en Melbourne, Florida. "El TGF produjo electrones y positrones de alta velocidad, los cuales viajaron sobre el campo magnético de la Tierra hasta colisionar con la nave espacial".
El haz continuó viajando más allá del telescopio Fermi hasta llegar a un lugar, conocido como punto espejo, donde su movimiento dio marcha atrás y golpeó de nuevo al Fermi, apenas 23 milisegundos más tarde. En cada ocasión, los positrones del haz colisionaron con los electrones de la nave espacial. Las partículas se aniquilaron mutuamente, emitiendo de este modo los rayos gamma detectados por el GBM localizado a bordo del Fermi.
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que los TGF son producidos por los intensos campos eléctricos en las cercanías de la parte superior de las tormentas eléctricas. Si las condiciones son las adecuadas, dicen, el campo se vuelve lo suficientemente fuerte como para producir una avalancha ascendente de electrones. Estos electrones de alta energía, que alcanzan velocidades cercanas a la de la luz, despiden rayos gamma cuando son desviados por las moléculas de aire. Usualmente, estos rayos gamma son detectados como un TGF.
Sin embargo, la cascada de electrones produce tantos rayos gamma que logra que electrones y positrones sean eyectados fuera de la atmósfera. Esto ocurre cuando la energía transportada por un rayo gamma se transforma en un par de partículas: un electrón y un positrón. Son estas partículas las que alcanzan la órbita del telescopio Fermi.

Haga clic para ver los tres pasos que se producen cuando una tormenta eléctrica da lugar a un destello de antimateria.

La detección de positrones demuestra que muchas partículas de alta energía están siendo eyectadas fuera de la atmósfera. De hecho, los científicos ahora creen que todos los TGF emiten haces de electrones y positrones. Un artículo que describe este hallazgo fue aceptado para su publicación en la revista de investigación Geophysical Research Letters (Cartas de Investigación en Geofísica, en idioma español).
"Los resultados proporcionados por el telescopio Fermi nos llevan un paso más cerca en el camino para entender cómo es que funcionan los TGF", dijo Steven Cummer, de la Universidad Duke. "Aún falta descifrar qué es lo que hace especial a estas tormentas eléctricas y el papel específico que juegan los relámpagos en el proceso".

Enlace original: NASA.

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