"Los nuevos resultados de la MGA muestran claramente que una nueva fuente de positrones está activa en la galaxia", dice Paolo Zuccon, profesor asistente de física en el MIT. "No sabemos todavía si estos positrones provienen de colisiones de materia oscura, o de fuentes astrofísicas como púlsares. Pero las mediciones están en marcha por AMS y pueden discriminar entre las dos hipótesis ".

Jennifer Chu | MIT Noticias .-Los investigadores del Laboratorio del MIT para la Ciencia Nuclear han publicado nuevas medidas que prometen arrojar luz sobre el origen de la materia oscura.

El grupo del MIT lidera una colaboración internacional de científicos que analizó durante dos y medio años los datos tomados por el Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) - un gran detector de partículas montado en el exterior de la Estación Espacial Internacional, que captura los rayos cósmicos entrantes de por toda la galaxia.

Entre 41 mil millones de eventos de rayos cósmicos - instancias de partículas cósmicas que entran en el detector - los investigadores identificaron 10 millones de electrones y positrones, antipartículas estables de electrones. Los positrones pueden existir en un número relativamente pequeño dentro del flujo de rayos cósmicos.

Un exceso de estas partículas ha sido observado por experimentos anteriores - lo que sugiere que vienen de una nueva fuente. Los nuevos resultados de AMS pueden en última instancia, ayudar a los científicos a afinar en el origen y las características de la materia oscura cuyas colisiones pueden dar lugar a los positrones.

El equipo informa de la fracción de positrones observado - la relación entre el número de positrones y el número combinado de positrones y electrones - dentro de un rango más amplio de energía que los detectados anteriormente.

El equipo informa que esta es la primera observación experimental de la fracción de positrones máximo - a 243-307 gigaelectronvoltios (GeV) - después de medio siglo de experimentos de rayos cósmicos.

"Los nuevos resultados de la MGA muestran claramente que una nueva fuente de positrones está activa en la galaxia", dice Paolo Zuccon, profesor asistente de física en el MIT. "No sabemos todavía si estos positrones provienen de colisiones de materia oscura, o de fuentes astrofísicas como púlsares. Pero las mediciones están en marcha por AMS que pueden discriminar entre las dos hipótesis ".

Las nuevas medidas, Zuccon añade, son compatibles con una partícula de materia oscura con una masa del orden de 1 teraelectronvolt (TeV) - cerca de 1.000 veces la masa de un protón.

Zuccon y sus colegas, incluyendo al investigador del AMS director, Samuel Ting, el Thomas D. Cabot profesor de física en el MIT, detallan sus resultados en dos artículos publicados en la revista Physical Review Letters y en una tercera, de próxima publicación.

La captura de un flujo galáctico

Casi el 85 por ciento del universo está hecho de materia oscura - la materia que de alguna manera no emite ni refleja luz, y por lo tanto invisible a los telescopios actuales. Durante décadas, los astrónomos han observado sólo los efectos de la materia oscura, en forma de fuerzas gravitacionales misteriosos que parecen mantener unida racimos de galaxias que de otro modo volar aparte. Estas observaciones llevaron finalmente a la teoría de una, la estabilización de la fuente invisible de masa gravitatoria, o la materia oscura.

El experimento AMS a bordo de la Estación Espacial Internacional tiene como objetivo identificar los orígenes de la materia oscura. El detector tiene un flujo constante de los rayos cósmicos, que Zuccon describe como "corrientes del universo que traen consigo todo lo que pueden captar alrededor de la galaxia."

Presumiblemente, esta corriente cósmica incluye sobras de las violentas colisiones entre partículas de materia oscura.

De acuerdo con las predicciones teóricas, cuando dos partículas de materia oscura colisionan, se aniquilan, liberando una cierta cantidad de energía que depende de la masa de las partículas originales. Cuando las partículas se aniquilan, producen partículas ordinarias que con el tiempo se descomponen en partículas estables, incluyendo electrones, protones, antiprotones y positrones.

A medida que la materia visible en el universo está formado por protones y electrones, los investigadores razonaron que la contribución de estas mismas partículas de colisiones de materia oscura sería insignificante. Sin embargo, los positrones y antiprotones son mucho más raros en el universo; cualquier detección de estas partículas por encima de la muy pequeña de fondo esperado sería probable provenir de una nueva fuente. Las características de este exceso - y en particular de su inicio, la posición máxima, y compensan - ayudará a los científicos a determinar si los positrones proceden de fuentes astrofísicas como púlsares, o de la materia oscura.

Después de la recogida de datos de forma continua desde 2011, el equipo AMS analizó 41 mil millones de partículas entrantes e identificó 10 millones de positrones y electrones con energías que van de 0,5 a 500 GeV - un rango de energía más amplio que mide previamente.

Los investigadores estudiaron la fracción de positrones frente a la energía, y encontraron un exceso de positrones a partir de las energías más bajas (8 GeV), lo que sugiere una fuente para las partículas que no sean los propios rayos cósmicos. La fracción de positrones luego se desaceleró y alcanzó un máximo de 275 GeV, lo que indica que los datos pueden ser compatibles con una fuente de materia oscura de positrones.

"La materia oscura está allí", dice Zuccon. "Simplemente no sabemos lo que es. AMS tiene la posibilidad de arrojar luz sobre sus características. Vemos alguna pista ahora, y podremos decir si esa pista es cierta. "

Si resulta que los resultados de la MGA se deben a la materia oscura, el experimento podría establecer que la materia oscura es un nuevo tipo de partícula, dice Barry Barish, profesor emérito de la física y la física de alta energía en el Instituto de Tecnología de California.

"Los nuevos fenómenos podrían ser evidencia de la materia oscura tan buscada en el universo, o podría deberse a algún otro igualmente emocionante nueva ciencia", dice Barish, que no participó en los experimentos. "En cualquier caso, la observación en sí misma es lo que es emocionante; la explicación científica vendrá con más experimentación ".

Esta investigación fue financiada en parte por el Departamento de Energía de Estados Unidos.