Un equipo internacional de científicos, liderado por la Universidad de Oxford, ha recreado 'fireballs' de plasma en CERN para investigar los misterios de los campos magnéticos ocultos y los rayos gamma perdidos del universo.
Un equipo internacional de científicos, liderado por la Universidad de Oxford, ha logrado un hito mundial al crear *‘fireballs’* de plasma utilizando el acelerador Super Proton Synchrotron en CERN, Ginebra. Este avance tiene como objetivo estudiar la estabilidad de los jets de plasma que emanan de los blazares. Los resultados, publicados en la revista PNAS, podrían arrojar nueva luz sobre un misterio persistente relacionado con los campos magnéticos ocultos del universo y la ausencia de rayos gamma.
Los blazares son galaxias activas alimentadas por agujeros negros supermasivos que lanzan haces estrechos de partículas y radiación a velocidades cercanas a la luz hacia la Tierra. Estos jets producen emisiones intensas de rayos gamma que pueden alcanzar varios teraelectronvoltios (1 TeV = 1012 eV), detectados por telescopios terrestres. Sin embargo, cuando estos rayos gamma TeV viajan a través del espacio intergaláctico, interactúan con la tenue luz de fondo proveniente de las estrellas, creando cascadas de pares electrón-positrón. Se espera que estos pares generen rayos gamma de menor energía (GeV = 10? eV) al dispersarse sobre el fondo cósmico de microondas, pero hasta ahora no han sido capturados por telescopios espaciales como el satélite Fermi.
Una posible explicación para esta falta de detección es que los pares se desvían debido a débiles campos magnéticos intergalácticos, desviando así los rayos gamma de menor energía fuera de nuestra línea de visión. Otra hipótesis sugiere que los propios haces de pares se vuelven inestables al atravesar la escasa materia entre galaxias. En este escenario, pequeñas fluctuaciones en el haz generan corrientes que producen campos magnéticos, reforzando la inestabilidad y potencialmente disipando la energía del haz.
Para probar estas teorías, el equipo investigador —una colaboración entre la Universidad de Oxford y el Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC)— utilizó el facilidades HiRadMat (Alta Radiación a Materiales) del CERN para generar pares electrón-positrón mediante el Super Proton Synchrotron y enviarlos a través de un plasma ambiental a lo largo de un metro. Esto creó una analogía en laboratorio escalada de una cascada generada por blazar propagándose a través del plasma intergaláctico.
Los resultados fueron sorprendentes: contrariamente a lo esperado, el haz par se mantuvo estrecho y casi paralelo, con mínima interrupción o campos magnéticos autogenerados. Al extrapolar estos hallazgos a escalas astrofísicas, se sugiere que las inestabilidades del haz-plasma son demasiado débiles para explicar la ausencia de rayos gamma GeV, apoyando así la hipótesis de que el medio intergaláctico contiene un campo magnético probablemente relicto del universo temprano.
El investigador principal, Profesor Gianluca Gregori, del Departamento de Física en la Universidad de Oxford, afirmó: “Nuestro estudio demuestra cómo los experimentos en laboratorio pueden ayudar a cerrar la brecha entre teoría y observación, mejorando nuestra comprensión sobre objetos astrofísicos desde telescopios satelitales y terrestres”. Además, enfatizó la importancia del trabajo colaborativo entre instalaciones experimentales alrededor del mundo.
A pesar del avance logrado, los hallazgos plantean más interrogantes. Se cree que el universo primitivo era extremadamente uniforme y no está claro cómo pudo haberse sembrado un campo magnético durante esta fase primordial. Según los investigadores, esto podría implicar nuevas teorías físicas más allá del Modelo Estándar. La expectativa es que futuras instalaciones como el Observatorio Cherenkov Telescope Array (CTAO) proporcionen datos más detallados para explorar estas ideas.
El co-investigador Profesor Subir Sarkar, también del Departamento de Física en Oxford, comentó: “Participar en un experimento innovador como este ha sido muy emocionante; esperamos que nuestros resultados despierten interés en la comunidad científica sobre las posibilidades para investigar cuestiones cósmicas fundamentales en un laboratorio terrestre”.
Este esfuerzo colaborativo involucró investigadores no solo de la Universidad de Oxford sino también del STFC’s Central Laser Facility (RAL), CERN, el Laboratorio para Energéticas Láseres en la Universidad de Rochester, AWE Aldermaston, Lawrence Livermore National Laboratory, el Instituto Max Planck para Física Nuclear, la Universidad de Islandia y el Instituto Superior Técnico en Lisboa.
El estudio titulado *‘Supresión de inestabilidades del haz par en una analogía en laboratorio con cascadas parecidas a blazares’* ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).