Antimateria en la fuente de un estallido de rayos gamma

El 9 de octubre de 2022, se captó el fogonazo de rayos gamma más brillante de todos los tiempos, hasta donde alcanza el conocimiento humano. Ahora, un estudio revela que en aquel estallido intervino antimateria.

 La antimateria es, en cierto modo, un "duplicado invertido" de la materia. Cada partícula subatómica tiene su antipartícula, con carga opuesta. Cada elemento químico, su antielemento. Cada sustancia, su antisustancia. De hecho, en teoría serían posibles construcciones más masivas y complejas, como por ejemplo antiplanetas y antiestrellas.

 Cuando materia y antimateria entran en contacto se aniquilan mutuamente. Se cree que en los primeros instantes de existencia del universo, había mucha antimateria, que fue aniquilada junto con una cantidad equivalente de materia. La materia tuvo una ventaja pequeña pero crucial sobre la antimateria y por eso hoy la materia es, de esas dos formas, la única que existe de manera abundante. La antimateria ha quedado relegada a una escasa formación de partículas, mediante fenómenos físicos de alta energía, que son aniquiladas muy poco después.

 Los estallidos de rayos gamma (GRBs por sus siglas en inglés) son las explosiones más potentes del cosmos, En ellas, se emiten copiosas cantidades de rayos gamma, la forma de radiación electromagnética o “luz” de mayor energía. El tipo más común de estallido de rayos gamma se produce cuando el núcleo de una estrella masiva agota su combustible nuclear, se derrumba sobre sí mismo y forma un agujero negro que gira rápidamente sobre sí mismo. La materia que cae en el agujero negro hace que desde las inmediaciones del agujero se disparen dos chorros de partículas, en direcciones opuestas, que atraviesan las capas externas de la estrella a casi la velocidad de la luz. Los GRBs se detectan cuando uno de estos chorros apunta directamente o casi hacia la Tierra.

Un chorro de partículas moviéndose a casi la velocidad de la luz emerge de una estrella masiva en esta recreación artística. El núcleo de la estrella se quedó sin combustible nuclear y se derrumbó sobre sí misma, formando un agujero negro. Parte de la materia que se arremolinaba hacia el agujero negro se redirigió en dos chorros, disparados en direcciones opuestas. Vemos un estallido de rayos gamma cuando uno de estos chorros apunta directamente o casi a la Tierra. (Ilustración: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab)

 Al fogonazo de rayos gamma del 9 de octubre de 2022, formalmente conocido como GRB 221009A, también se le apoda “BOAT”, por las siglas en inglés de “Brightest-Of-All-Time gamma-ray burst”.

 Cuando aquel fogonazo colosal llegó a las inmediaciones de la Tierra, saturó rápidamente la mayoría de los detectores de rayos gamma en órbita, incluidos los del telescopio espacial Fermi de rayos gamma, de la NASA. Esto les impidió medir la parte más intensa de la explosión. Las observaciones reconstruidas, junto con cálculos estadísticos, sugieren que el BOAT, si el fenómeno desencadenante forma parte de la misma población que los GRBs detectados anteriormente, fue probablemente el estallido más brillante aparecido en los cielos de la Tierra en 10.000 años.

 Ahora un equipo internacional, encabezado por Maria Edvige Ravasio, de la Universidad Radboud de Nimega en los Países Bajos, ha encontrado señales sutiles pero reveladoras en las observaciones del Fermi que desvelan revelan un rasgo nunca antes visto.

 Cuando la materia interactúa con la luz, la energía puede ser absorbida y reemitida de formas características. Estas interacciones pueden aumentar o disminuir el brillo de la luz de determinados colores (o energías), produciendo firmas características en el espectro lumínico (el “arco iris de los rayos recibidos). Estas firmas pueden revelar una gran cantidad de información, como los elementos químicos implicados en la interacción. A energías más altas, las características espectrales pueden revelar procesos específicos de partículas, como la aniquilación de materia y antimateria para producir rayos gamma.

 “Aunque algunos estudios anteriores habían informado de posibles indicios de líneas espectrales de absorción y emisión en otros GRBs, el escrutinio posterior reveló que todas ellas podrían ser meras fluctuaciones estadísticas. En cambio, lo que vemos en el BOAT es diferente”, afirma Om Sharan Salafia, del Instituto Nacional Italiano de Astrofísica (INAF) y miembro del equipo de investigación. “Hemos determinado que las probabilidades de que esta firma sea solo una fluctuación de ‘ruido’ son inferiores a una posibilidad entre 500 millones”.

La supuesta línea espectral de emisión apareció casi 5 minutos después de que se detectara el estallido y mucho después de que este se hubiera atenuado lo suficiente como para acabar con los efectos de saturación para el Fermi. La línea persistió durante al menos 40 segundos, y la emisión alcanzó un pico de energía de unos 12 MeV (millones de electronvoltios). En comparación, la energía de la luz visible por el ojo humano oscila entre 2 y 3 electronvoltios.

 ¿Qué produjo esta peculiar línea espectral? El equipo cree que la causa más probable es la aniquilación de electrones y una cantidad equivalente de sus homólogos de antimateria, los positrones (antielectrones).

 El estudio se titula “A mega–electron volt emission line in the spectrum of a gamma-ray burst”, Y se ha publicado en la revista académica Science.