Crédito de imagen: NASA
Los astrónomos creen que el Sol crea y destruye la antimateria como parte de su proceso natural de reacción de fusión, pero las nuevas observaciones de la nave espacial Reuven Ramaty Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) de la NASA han aportado nuevos conocimientos al proceso. La antimateria se forma en erupciones solares cuando las partículas de rápido movimiento aceleradas por la erupción se rompen en partículas de movimiento más lento en la atmósfera del Sol (se crea suficiente antimateria en una sola erupción para alimentar a los Estados Unidos durante dos años). Sorprendentemente, la antimateria no se destruye de inmediato; en cambio, es llevado por la bengala a otra región del Sol antes de ser destruido.
El mejor vistazo hasta ahora de cómo una explosión solar se convierte en una fábrica de antimateria proporcionó información inesperada sobre cómo funcionan las tremendas explosiones. La observación puede alterar las teorías sobre cómo las explosiones, llamadas erupciones solares, crean y destruyen la antimateria. También dio detalles sorprendentes sobre cómo hacen explotar partículas subatómicas a casi la velocidad de la luz.
Las erupciones solares se encuentran entre las explosiones más poderosas del sistema solar; el más grande puede liberar tanta energía como mil millones de bombas nucleares de un megatón. Un equipo de investigadores utilizó la nave espacial Reuven Ramaty Solar Spectroscopic Imager (RHESSI) de la NASA para tomar imágenes de una llamarada solar el 23 de julio de 2002, usando rayos X de alta energía y radiación gamma.
"Estamos tomando fotos de bengalas en un color completamente nuevo, uno invisible para el ojo humano, por lo que esperamos sorpresas, y RHESSI ya nos dio un par", dijo el Dr. Robert Lin, miembro de la facultad en el Departamento de Física de la Universidad de California, Berkeley, quien es el investigador principal de RHESSI.
Los rayos gamma y los rayos X son las formas más enérgicas de luz, con una partícula de luz de rayos gamma en la parte superior de la escala que transporta millones a miles de millones de veces más energía que una partícula de luz visible. Los resultados son parte de una serie de documentos sobre la observación RHESSI que se publicará en Astrophysical Journal Letters el 1 de octubre.
La antimateria aniquila la materia normal en una explosión de energía, inspirando a los escritores de ciencia ficción a usarla como una fuente sumamente poderosa para impulsar las naves espaciales. La tecnología actual solo crea cantidades diminutas, generalmente en máquinas de millas de largo empleadas para romper átomos juntos, pero los científicos descubrieron que la llamarada de julio de 2002 creó medio kilo (aproximadamente una libra) de antimateria, suficiente para alimentar a todo Estados Unidos durante dos días. Según las imágenes y datos de RHESSI, esta antimateria no se destruyó donde se esperaba.
La antimateria a menudo se llama la "imagen especular" de la materia ordinaria, porque para cada tipo de partícula de materia ordinaria, se puede crear una partícula antimateria idéntica, excepto por una carga eléctrica opuesta u otras propiedades fundamentales.
La antimateria es rara en el universo actual. Sin embargo, se puede crear en colisiones a alta velocidad entre partículas de materia ordinaria, cuando parte de la energía de la colisión se destina a la producción de antimateria. La antimateria se crea en las erupciones cuando las partículas de rápido movimiento se aceleran durante la erupción chocan con partículas más lentas en la atmósfera del Sol.
Según la teoría de la llamarada, estas colisiones ocurren en regiones relativamente densas de la atmósfera solar, porque se requieren muchas colisiones para producir cantidades significativas de antimateria. Los científicos esperaban que la antimateria fuera aniquilada cerca de los mismos lugares, ya que hay tantas partículas de materia ordinaria con las que tropezar. "La antimateria no debería llegar muy lejos", dijo el Dr. Gerald Share, del Laboratorio de Investigación Naval, Washington, DC, autor principal de un artículo sobre las observaciones de RHESSI sobre la destrucción de la antimateria en la llamarada del 23 de julio.
Sin embargo, en una versión cósmica del juego de conchas, parece que esta bengala podría haber barajado la antimateria, produciéndola en un lugar y destruyéndola en otro. RHESSI permitió el análisis más detallado hasta la fecha de los rayos gamma emitidos cuando la antimateria aniquila la materia ordinaria en la atmósfera solar. El análisis indica que la antimateria de la antorcha podría haberse destruido en regiones donde las altas temperaturas hicieron que la densidad de partículas fuera 1.000 veces menor que donde debería haberse creado la antimateria.
Alternativamente, tal vez no haya un "juego de conchas" en absoluto, y las bengalas pueden crear cantidades significativas de antimateria en regiones menos densas, o las bengalas de alguna manera pueden mantener regiones densas a pesar de las altas temperaturas, o la antimateria fue creada "en el correr "a altas velocidades, y la creación a alta velocidad dio la apariencia de una región de alta temperatura, según el equipo.
Las erupciones solares también son capaces de hacer explotar partículas cargadas eléctricamente en la atmósfera del Sol (electrones e iones) a casi la velocidad de la luz (aproximadamente 186,000 millas por segundo o 300,000 km / seg.). La nueva observación de RHESSI reveló que las erupciones solares de alguna manera clasifican partículas, ya sea por sus masas o su carga eléctrica, a medida que las impulsan a velocidades ultra altas.
"Este descubrimiento es una revolución en nuestra comprensión de las erupciones solares", dijo el Dr. Gordon Hurford de la Universidad de California, Berkeley, autor principal de uno de los quince artículos sobre esta investigación.
La atmósfera solar es un gas de partículas cargadas eléctricamente (electrones e iones). Dado que estas partículas sienten fuerzas magnéticas, están obligadas a fluir a lo largo de campos magnéticos que impregnan la atmósfera del Sol. Se cree que las erupciones solares suceden cuando los campos magnéticos en la atmósfera del Sol se retuercen y de repente cambian a una nueva configuración, como una banda elástica que se rompe cuando se estira demasiado. Esto se llama reconexión magnética.
Anteriormente, los científicos creían que las partículas en la atmósfera solar se aceleraban cuando se arrastraban junto con el campo magnético cuando se ajustaba a una nueva forma, como una piedra en una honda. Sin embargo, si fuera así de simple, todas las partículas serían disparadas en la misma dirección. Las nuevas observaciones de RHESSI muestran que esto no es así; Las partículas más pesadas (iones) terminan en una ubicación diferente a las partículas más ligeras (electrones).
"El resultado es tan sorprendente como que los mineros de oro explotaran un acantilado y descubrieran que la explosión arrojó toda la tierra en una dirección y todo el oro en otra dirección", dijo el Dr. Craig DeForest, investigador solar en South West Research Inst. Boulder, Colo.
Se desconoce el medio por el cual las bengalas clasifican las partículas por masa; Existen muchos mecanismos posibles, según el equipo. Alternativamente, las partículas podrían clasificarse por su carga eléctrica, ya que los iones están cargados positivamente y los electrones cargados negativamente. Si esto es así, debería generarse un campo eléctrico en la antorcha, ya que las partículas se mueven en diferentes direcciones en un campo eléctrico de acuerdo con su carga. En cualquier caso, la reconexión magnética aún proporciona la energía, pero el proceso de aceleración es más complejo.
La pista que alertó a los científicos sobre este comportamiento sorprendente fue la observación de RHESSI de que los rayos gamma de la llamarada del 23 de julio no se emitieron desde los mismos lugares que emitieron los rayos X, como lo predice la teoría. Según las teorías de la llamarada solar, los electrones y los iones se aceleran a altas velocidades durante la llamarada y corren hacia abajo en estructuras magnéticas en forma de arco. Los electrones chocan contra la atmósfera solar más densa cerca de los dos puntos de pie de los arcos, emitiendo rayos X cuando encuentran allí protones cargados eléctricamente que los desvían. Los rayos gamma deben emitirse desde los mismos lugares cuando los iones de alta velocidad también chocan contra estas regiones.
Si bien RHESSI observó dos regiones emisoras de rayos X en los puntos de pie, como se esperaba, solo detectó un resplandor difuso de rayos gamma centrado en una ubicación diferente a unos 15,000 kilómetros (aproximadamente 9,300 millas) al sur de los sitios de rayos X.
"Cada nuevo descubrimiento muestra que apenas estamos comenzando a comprender lo que sucede en estas gigantescas explosiones", dijo el Dr. Brian Dennis del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland, que es el Científico de la Misión de RHESSI. RHESSI se lanzó el 5 de febrero de 2002, con la Universidad de California, Berkeley, responsable de la mayoría de los aspectos de la misión, y la NASA Goddard responsable de la gestión del programa y la supervisión técnica.
Fuente: Comunicado de prensa de la NASA
