A 800 años luz de distancia, hay una fábrica invisible de antimateria que produce positimeria que fluyen a través del cosmos y colisionan con nuestro planeta.

Durante gran parte de la historia desconocíamos la existencia de esta extraña fuente. La mayoría de los positrones que nos bombardeaban pasaban completamente desapercibidos, siendo absorbidos por la atmósfera de nuestro planeta.

No fue hasta que empezamos a observar desde más allá de los límites de nuestro planeta que los detectamos.

En 2011 se encendió el espectrómetro magnético alfa de la NASA, un detector de partículas de última generación a unos 320 km de altura a bordo de la estación espacial internacional.

¿Y qué encontró? ¿Lo adivinaste, Positrones? La presencia de estas partículas subatómicas era previsible, pero no en la cantidad que se estaba detectando.

La cantidad de positrones detectados fue tal que las fuentes habituales, como la desintegración radiactiva natural y los rayos cósmicos, ya no ofrecían una explicación suficiente.

Entonces, ¿de dónde provenían? Recientemente hemos podido rastrear al culpable de esta lluvia cósmica de antimateria y todo se reduce a otro descubrimiento de alta energía.

Una extraña neblina de rayos gama llamada Geminga, identificada por primera vez en la década de 1970.

¿Qué es esta misteriosa fuente de radiación gama? ¿Y qué tiene que ver con la inusual abundancia de positrones de alta energía que impactan nuestro planeta?

Soy Rafael González y estás viendo Astrum. Acompáñame hoy para sintonizar con la enigmática frecuencia de Geminga, cuya radiación gamma ha iluminado el mundo de la astrofísica durante décadas.

En nuestro cielo nocturno, enclavado en la constelación de Géminis en el hemisferio norte celeste, algo peculiar ocurre.

En 1972, el pequeño satélite astronómico 2 de la NASA o SAS 2 identificó una fuente desconocida de radiación gamma.

Pero con la tecnología disponible en aquel momento, lo mejor que pudo hacer fue rastrear su origen hasta esta región más amplia de nuestra Vía Láctea.

Así pues, la fuente original de la radiación permaneció oculta entre las estrellas durante décadas.

Sin embargo, se le dio un nombre, Geminga, acuñado en 1976 por el físico italiano Giovanni Viñami, quien dedicaría su carrera a estudiarla.

Es un juego de palabras, una combinación de Géminis, la región donde se encuentra, y Gama, el tipo de radiación que emite.

Geminga también es un juego de palabras en el dialecto milanés de Vignami, que significa no está ahí.

Un nombre apropiado para una neblina de rayos gamma de origen desconocido. No fue hasta 1983 cuando Viñami y su equipo finalmente tuvieron su gran oportunidad.

Lograron identificar una débil señal de rayos X proveniente de Geminga utilizando el satélite de rayos X Einstein.

Esto significó que aunque su posición exacta seguía siendo desconocida, pudieron acotar su área de búsqueda y estaban cada vez más cerca de descubrir el escondite de Geminga.

Pero esto no respondió a la gran pregunta, ¿qué di, ya que los astrónomos solo podían ofrecer vagas conjeturas sobre la verdadera naturaleza de la fuente.

Fue hasta 1991 cuando tuvieron otro golpe de suerte. Dos misiones distintas identificaron la radiación proveniente de Geminga y no eran señales constantes, sino pulsos.

El primero de estos descubrimientos se realizó con un telescopio de rayos X de fabricación alemana conocido como Rosat, abreviatura de Rongen Satelite, nombre que deriva de la palabra alemana para rayos X.

Rosat fue el primero en identificar pulsos en la señal de rayos X proveniente de Geminga y poco después también fueron confirmados en longitudes de onda gama por el telescopio experimental de rayos gama energéticos o eeg, un telescopio a bordo del satélite Compton de rayos gama de la NASA.

Estas observaciones complementarias no solo demostraron que tanto los rayos X como los rayos gama provenían de geminga, sino que por primera vez revelaron lo que era geminga.

Con un periodo de 0,237 segundos destellando mientras gira sobre su eje a poco más de 4 hercios o cuatro veces por segundo, Geminga se comportó como un pulsar.

Un pulsar es un tipo de estrella de neutrones que gira rápidamente y emite rayos de radiación que varren el espacio como un faro cósmico.

En toda la galaxia, la mayoría de los pulsares parecen emitir destellos de ondas de radio desde unas pocas veces por minuto hasta 700 veces por segundo y a principios de los años 90 eran increíblemente escasos.

Antes de Rosat y Egret solo se habían identificado otros dos pulsares de rayos gama de alta energía.

Los pulsares cangrejo y vela. Y cangrejo y vela se diferenciaban de geminga en un par de aspectos clave.

En primer lugar, además de rayos gamma, ambos pulsares también producían ondas de radio y por lo tanto eran visibles con radiotelescopios.

Así que si Geminga fuera un pulsar, sería el primer descubrimiento de uno aparentemente silencioso en radio, emitiendo solo la radiación suficiente para ser visto en las longitudes de onda de rayos gama y x.

Y en segundo lugar, cangrejo y vela están rodeadas por sus respectivas nebulosas remanentes de su creación a partir de explosiones de supernovas.

Pero la nebulosa de Geminga brillaba por su ausencia. Entonces, ¿por qué Geminga, esta potente fuente de rayos gama, se esconde también de nuestros radiotelescopios?

¿Dónde está su nebulosa? ¿O podría ser un tipo de objeto completamente diferente? Bueno, la respuesta a la primera pregunta se debe en parte a que no habíamos estado escuchando adecuadamente debido a las limitaciones de la tecnología disponible y a nuestra comprensión de las emisiones de radio de estos remanentes estelares.

Verán, si bien los pulsares de radio pueden emitir ondas de radio en un amplio ancho de banda, desde tan solo 17 MHz hasta más de 87 GHz, aproximadamente la mitad del espectro radioeléctrico, no todas estas frecuencias se propagan correctamente por el espacio, aunque sabemos desde la década de 1970 que los pulsares de radio suelen alcanzar su máximo entre 100 y 200 MHz, donde son intrínsecamente más brillantes factores como el medio interestelar, La temperatura del cielo de fondo y los efectos de la ionosfera hacen que las frecuencias más bajas se atenúen a medida que avanzan por el espacio, lo que resulta en señales muy débiles y más difíciles de detectar.

Debido a la debilidad de estas señales de radio, la mayoría de los radiotelescopios no las habían buscado, limitándose a buscar señales entre 430 y 1600 MHz.

Esto habría sido normal si Geminga se hubiera comportado como se esperaba para un satélite de su tipo.

Como no fue así, los científicos tardaron hasta 1997 en darse cuenta de lo que estaba sucediendo.

Tres observaciones independientes del observatorio de radioastronomía de Push Chino lograron identificar pulsos extremadamente débiles provenientes de Geminga, utilizando una antena de tránsito sensible.

Los débiles pulsos de radio alcanzaron alrededor de 100 MHz. Lo que explica por qué las búsquedas de radio previas de Geminga habían resultado inactivas.

Resulta que Geminga no se estaba escondiendo realmente y nos había estado enviando señales. Simplemente no estábamos escuchando correctamente.

Ese mismo año, un equipo dirigido por el difunto astrónomo Janus Gil teorizó que otra razón por la que Geminga parecía estar en silencio radioeléctrico podría ser su campo magnético.

Los modelos mostraron que las ondas de radio podrían ser absorbidas o refractadas dentro de la magnetosfera del Pulsar, dejando solo pulsos débiles de alrededor de 100 MHz detectables.

Esto lo mantendría prácticamente inactivo en las bandas de radio más altas que utilizan la mayoría de los telescopios.

Confirmar que Geminga era un pulsar y específicamente un pulsar de rayos gamma fue un gran logro.

De hecho, el 99% de su emisión se encuentra en el rango gamma. Lo que lo convierte en una de las fuentes de rayos gamma más brillantes de toda nuestra galaxia.

Resulta ser todo lo que queda después de que una estrella, varias veces más masiva que nuestro sol explotara hace unos 350,000 años.

Pero su relativo silencio de radio y la aparente ausencia de nebulosa no eran las únicas características inusuales de este pulsar.

Cuando astrofísicos italianos, entre ellos Viñami, quien dio nombre a Geminga, compararon una serie de observaciones del telescopio de 3,6 m llamado ESO y el telescopio de nueva tecnología del observatorio europeo austral con observaciones del telescopio Canadá, Francia, Hawaii, descubrieron que Gemingas se movía.

Además, viajaba a una velocidad inusualmente alta de alrededor de 0,2 segundos de arco al año.

A modo de recordatorio, un segundo de arco es una unidad de medida angular muy pequeña que se utiliza cuando necesitamos mediciones más precisas que las que permite un grado.

Cada grado de arco tiene 60 minutos de arco y cada minuto de arco tiene 60 segundos de arco.

Estos segundos de arco son una unidad común en astronomía para describir el movimiento de los objetos en el cielo desde nuestra perspectiva terrestre.

Si dibujáramos un círculo alrededor de la órbita de la Luna alrededor de la Tierra, habría 360º alrededor de esa trayectoria circular.

Así que a cualquier hora del día o de la noche, suponiendo que nada bloquee la visión del horizonte, se pueden ver unos 180º del cielo.

Y desde el horizonte hasta el cénit, la parte superior del cielo es de 90º.

Si extiendes el dedo meñique con el brazo extendido y cierras un ojo, la punta del meñique cubre aproximadamente 1 grado del cielo.

La próxima vez que estés al aire libre en una noche despejada, prueba esto y comprueba si tu meñique puede cubrir la luna.

Debería, porque la Luna ocupa solo medio grado o unos 31 minutos de arco en el cielo nocturno.

Que Geminga recorra nuestro cielo 0,2 segundos de arco al año puede no parecer mucho, pero desde nuestra perspectiva terrestre, una estrella típica solo se mueve unas milésimas de segundo de arco al año.

Sin embargo, a pesar de estar a 800 años luz de nosotros, Geminga recorrerá 30 minutos de arco, el equivalente al diámetro aparente de la luna a través de nuestro cielo.

En poco más de 10,000 años. En otras palabras, este cadáver estelar recorre la galaxia a casi 210 km por segundo, dirigiéndose hacia la frontera entre las constelaciones de Géminis y Lince.

Y a su ritmo actual, Geminga permanecerá en Géminis durante medio millón de años más, pero podría necesitar un nuevo nombre después.

Sin embargo, este misterioso pulsar se vuelve aún más extraño. Es su enorme velocidad la que contribuye a producir otra característica que los científicos estaban a punto de descubrir.

A medida que se desplaza por el espacio, Heminga deja trás de sí dos fantasmales colas de rayos X que recorren 3 billones de kilómetros en el cielo.

Como mencioné anteriormente, a pesar de que este pulsar de rápido movimiento es casi silencioso en radio, ciertamente no lo es en las longitudes de onda de rayos gama y rayos X.

En 1999 se lanzó la misión multiespejo de rayos X de la ESA o XMM Newton para observar más profundamente este universo de rayos X.

Y 4 años después, un equipo dirigido por Patricia Carabeo descubrió estas estelas de rayos X similares a las de un cometa.

Su forma y brillo se explican en parte por la onda expansiva creada por el movimiento de Geminga a través del espacio y su rotación como un pulsar, pero también revelan otra característica, su colosal masa.

Con tan solo unos 20 a 30 km de diámetro, Geminga es extremadamente densa con una masa similar a la de un sol y medio.

Para ponerlo en perspectiva, si tuviéramos una cucharadita de material de estrella de neutrones, pesaría unos 4000 millones de toneladas, tanto como 10,000 edificios en Pire State.

A medida que este objeto denso y de gran masa avanza a gran velocidad a través del medio interestelar de baja densidad de tan solo 0,6 a 0,15 átomos por cm cúbico, comprime el medio interestelar y su propio campo magnético por un factor de 4o.

Mientras tanto, la rotación incesante de la estrella de neutrones crea un entorno donde los electrones y sus contrapartes de antimateria, los positones, pueden acelerarse a energías extremas, lo suficientemente potentes como para emitir rayos gama de alta energía.

Si bien la mayoría de estos electrones se observan en la radiación gamma que escapa del pulsar, algunos quedan atrapados y se mueven en espiral dentro de este campo magnético intensificado.

En estas imágenes de un modelo computacional se pueden ver las colas recorriendo los bordes de la onda de choque tridimensional de Geminga, como la estela creada por un barco al navegar, solo que este barco es más masivo que nuestro sol y la estela está compuesta de rayos X de energía extremadamente alta.

Pero la pieza final del rompecabezas de Geminga no se descubrió hasta 2005, su nebulosa.

Con la forma de una capa de gas hidrógeno neutro con un radio de 0,4 parsex, resultó ser lo que llamamos una nebulosa de viento de pulsar.

Este tipo de nebulosa se crea a partir del viento de plasma que emana de los polos magnéticos de un pulsar.

El plasma, compuesto de partículas cargadas que pueden acelerarse a velocidades cercanas a la de la luz rodea al pulsar creando una nebulosa de partículas de alta energía que emiten intensas emisiones de rayos X.

Con la confirmación de que Geminga sí tenía una nebulosa, finalmente se pudo confirmar su identidad como pulsar, pero Chandra fue aún más lejos.

Además de obtener imágenes de Geminga, Chandra también observó un segundo pulsar llamado B0. 3554.

Y al comparar ambos, los astrónomos descubrieron otra posible explicación para la ausencia de pulsos de radio de Geminga.

A simple vista, estos pulsares parecen bastante similares. Ambos tienen alrededor de medio millón de años y giran unas cuatro o cinco veces por segundo.

Sin embargo, como ya sabes, Geminga se observa principalmente en pulsos de rayos gamma sin emisiones de radio brillantes.

En cambio, el otro pulsar, al que llamaremos pulsar B, no se observa en rayos gamma y, en cambio, es uno de los pulsares de radio más brillantes conocidos.

¿Cómo podrían estos dos pulsares ser tan similares y, sin embargo tan diferentes en como los vemos?

La respuesta podría ser tan simple como la orientación de cada uno de estos pulsares en relación con nuestra observación desde la Tierra.

Los astrónomos creen que estas imágenes de Geminga y del pulsar B han revelado sus ejes de giro y descubierto una razón por la cual los pulsos de radio y rayos gamma pueden estar presentes o ausentes en diferentes pulsares.

Al igual que nuestro propio campo magnético alrededor de la Tierra, ambos pulsares tienen polos magnéticos cerca de sus polos de giro.

Estos polos son de donde provienen los acces de emisiones de radiopulsantes. Podrías intentar simular esto pinchando una pequeña bola de espuma justo por el centro.

La bola de espuma es un pulsar y los haces de radio que provienen de los polos están representados por el pincho de madera que sobresale por ambos extremos.

Si giras la bola alrededor del pincho como un eje de rotación, creas un ecuador alrededor del centro.

Para ilustrar la fuente de rayos gama a lo largo del ecuador de rotación llamado toro, podrías cortar un agujero en un plato de papel y apretarlo sobre la bola de espuma.

Así, tendrías un disco de rayos gama que se emiten desde el ecuador en todas direcciones.

En el caso de Geminga, el borde del plato de papel apunta hacia nosotros, lo que significa que los rayos gamen a la Tierra.

Pero para el pulsar B, su posición relativa con respecto a nosotros está en un ángulo diferente, como si mirara la superficie plana del plato.

Los rayos gamas se mueven perpendicularmente a nuestra línea de visión, por lo que no alcanzan la tierra.

Observemos de nuevo las dos imágenes de Chandra de Geminga a la izquierda y del pulsar B a la derecha, junto con ilustraciones artísticas de cómo los astrónomos creen que se ven las nebulosas de viento del pulsar en cada una de ellas.

En la imagen del pulsar B, las largas colas azules representan los chorros de radio que emanan de sus polos y el pincho que sale de ambos extremos.

Solo que en lugar de ser rectos como un pincho de madera, el pulsar B se mueve tan rápido por el espacio que estos chorros parecen curvados hacia atrás, dejándose atrás a medida que el pulsar se desplaza por el espacio.

Ahora observemos la imagen de Geminga. Aquí las largas colas gemelas a ambos lados de la imagen son los chorros de radio que se dejan atrás a medida que el pulsar también se desplaza por el espacio.

Pero esta vez, en lugar de apuntar casi directamente hacia y desde nuestro punto de vista en la Tierra, estos chorros parecen apuntar hacia los lados, no hacia la Tierra.

Así, cuando los astrónomos observan Geminga, ven potentes emisiones de rayos gamma provenientes del ecuador de giro, pero los chorros de radio apuntan hacia los lados y permanecen ocultos.

Y cuando observan el pulsar B ocurre lo contrario. Los chorros de radio apuntan casi directamente hacia nuestro planeta.

Mientras que la fuente de rayos gama en el Ecuador no alcanza la Tierra. A veces la explicación más simple es la correcta y esto finalmente nos devuelve al misterio de décadas de una inusual abundancia de antimateria que bombardea nuestro planeta.

Durante más de una década, un detector de partículas llamado espectrómetro magnético alfa o AMS02 ha estado acoplado a la estación espacial internacional recopilando información sobre antimateria.

Materia oscura y fuentes de rayos cósmicos. A modo de recordatorio, los rayos cósmicos son partículas energéticas, fragmentos de átomos que viajan por el espacio a una velocidad cercana a la de la luz.

Estos pueden ser generados por el sol, por explosiones de supernovas u otros medios cósmicos.

En 2013 se anunciaron los primeros resultados del experimento AMS02. El detector registró más de 400,000 positrones.

La mayor muestra de datos de positones de rayos cósmicos jamás recopilada, lo que multiplicó por 100 el total mundial de datos de positones de rayos cósmicos.

Durante años, muchos astrónomos y físicos albergaron la esperanza de que este exceso de antimateria pudiera ser el subproducto de la aniquilación de la materia oscura, lo que ofrecería posibles pistas sobre esta misteriosa sustancia.

Después de todo, la materia oscura podría constituir alrededor del 27% del cosmos. Y aún así, aún desconocemos qué es.

Al igual que la materia normal, la materia oscura posee masa y ocupa espacio, pero no parece absorber, reflejar ni interactuar con la luz, al menos no de una forma que podamos detectar.

Algunos teorizan que la materia oscura podría estar compuesta de tipos de partículas aún no identificados.

Sea lo que sea, los científicos tenían grandes esperanzas de que la sobreabundancia de antimateria detectada a bordo de la estación pudiera ofrecer pistas sobre la verdadera naturaleza de la materia oscura.

Desafortunadamente se han sentido decepcionados. Cuanto más investigan los científicos los datos, más claros se vuelven.

La fuente más probable de estos positrones podría ser en realidad los pulsares. Los astrofísicos lo sospechaban desde hacía tiempo, pero hasta 2017 simplemente no había pruebas.

Fue el observatorio de rayos Gama Cherenkov hidrico de gran altitud o HC, el que finalmente sumó evidencia a esta hipótesis.

Se identificó un pequeño halo de radiación gama alrededor de Geminga con billones de veces más energía que la visible a simple vista.

De 5 a 40 billones de electronvolvtios, el tipo de radiación que suelen producir los positrones.

Esta fue la primera evidencia observacional real que apuntaba a un pulsar como posible fuente.

Los pulsares se rodean naturalmente de una neblina de electrones y positrones como resultado del intenso campo magnético de la estrella.

Este intenso campo magnético atrae partículas de la superficie del pulsar y las acelera a velocidades cercanas a la de la luz.

Los científicos creen que estos positrones y electrones acelerados colisionan con la luz estelar, elevando la luz a energías más altas, que luego se irradia como el halo de rayos gama observado.

Pero basándose en el tamaño del halo observado por el equipo de HAC, los positones de Geminga rara vez tendrían la energía necesaria para llegar a nuestro planeta, por lo que creyeron que el exceso de positrones debía provenir de una fuente más exótica.

Esto fue así hasta que unos años después, un equipo dirigido por el astrofísico Matías Di Mauro descubrió nueva información sorprendente utilizando una década de datos de rayos gamema, adquiridos con el telescopio de área grande de Fermi, que puede observar luz de menor

energía que el observatorio de rayos gama HAWC.

El equipo de Dimauro logró descartar todas las demás fuentes de rayos Gama para revelar un resplandor espectacular proveniente de Geminga, muchísimo mayor que cualquier otro observado hasta entonces.

Este vasto alo oblongo de brillantes rayos gama, con una energía de 10,000 millones de electronvoltios abarcaba 20 gr del cielo, un área similar a la que ocupa la constelación de la osa mayor.

Y eso no es todo. El resplandor de la radiación gama es aún mayor a energías más bajas.

Si pudiéramos verlo a simple vista, el resplandor gama de Geminga dominaría nuestro cielo, cubriendo un área 40 veces mayor que la luna llena.

Con esta nueva información, los astrofísicos descubrieron que el tamaño del halo de geminga significaba que este pulsar por sí solo podría ser responsable de hasta el 20% del exceso de positado cerca de la Tierra.

A partir de ahí, no es descabellado pensar que otros pulsares sean los principales responsables de la abundancia de antimateria restante que encontramos.

Esta explicación puede que no haya resuelto el misterio de la materia oscura, pero sin duda es una magnífica revelación.

Fue Josely Bellornell quien descubrió el primer pulsar en 1967 cuando se creía que esas señales regulares podrían ser obra de vida extraterrestre.

En los casi 60 años transcurridos desde entonces, hemos descubierto miles de pulsares y nuestra comprensión de estas estrellas de neutrones ha aumentado con cada uno.

Y desde que Geminga fue identificado como el tercer pulsar de rayos gama conocido en 1991, hemos detectado más de 300 gracias a la misión Fermi de la NASA.

Pero dado el historial de Geminga de desafiar las expectativas y promover la ciencia, me gusta pensar que este Pulsar en particular todavía tiene más secretos por revelar.

Un fuerte abrazo a los mecenas que me apoyan en mi misión de divulgar la ciencia.