Investigadores del CERN han generado 'bolas de fuego' de plasma para simular chorros de blázares distantes, arrojando luz sobre el misterio de los rayos gamma perdidos. El experimento sugiere que campos magnéticos intergalácticos antiguos, en lugar de inestabilidades del plasma, podrían explicar el fenómeno. Publicado en PNAS el 3 de noviembre, los hallazgos destacan posibles remanentes del Universo temprano.
Un equipo internacional liderado por la Universidad de Oxford utilizó el acelerador Super Proton Synchrotron del CERN en Ginebra para producir 'bolas de fuego' de plasma, imitando el comportamiento de chorros de partículas de blázares. Los blázares son galaxias activas impulsadas por agujeros negros supermasivos que emiten chorros estrechos de partículas y radiación a casi la velocidad de la luz, incluyendo rayos gamma de hasta varios teraelectronvoltios (TeV). Estos rayos gamma de alta energía viajan a través del espacio intergaláctico e interactúan con la luz de fondo de las estrellas, creando cascadas de pares electrón-positrón. Se espera que estos pares colisionen con el fondo cósmico de microondas, produciendo rayos gamma de menor energía alrededor de 10^9 eV (GeV), pero el satélite Fermi de la NASA no ha detectado esta señal.
Se han propuesto dos teorías principales para la discrepancia: campos magnéticos intergalácticos débiles que desvían los pares lejos de la Tierra, o inestabilidades en el plasma intergaláctico delgado que drenan energía del haz. Para probar esto, los investigadores emplearon la instalación High-Radiation to Materials (HiRadMat) del CERN, enviando haces de pares electrón-positrón a través de un plasma de un metro de largo para replicar condiciones cósmicas.
Los resultados, publicados el 3 de noviembre en PNAS, mostraron que el haz permaneció enfocado de manera estrecha con mínima perturbación o actividad magnética, lo que indica que las inestabilidades del plasma son insuficientes para explicar los rayos gamma perdidos. Esto apoya la presencia de campos magnéticos primordiales de los momentos más tempranos del Universo, posiblemente involucrando física más allá del Modelo Estándar.
El investigador principal, el profesor Gianluca Gregori de la Universidad de Oxford, declaró: "Nuestro estudio demuestra cómo los experimentos de laboratorio pueden ayudar a cerrar la brecha entre la teoría y la observación, mejorando nuestra comprensión de objetos astrofísicos desde telescopios satelitales y terrestres." El co-investigador, el profesor Bob Bingham de la Central Laser Facility del STFC y la Universidad de Strathclyde, añadió: "Estos experimentos demuestran cómo la astrofísica de laboratorio puede probar teorías del Universo de alta energía." El profesor Subir Sarkar de Oxford señaló: "Fue muy divertido ser parte de un experimento innovador como este que añade una dimensión novedosa a la investigación de vanguardia que se realiza en el CERN."
La colaboración incluyó instituciones como la Central Laser Facility del STFC, la Universidad de Rochester, el Lawrence Livermore National Laboratory y el Max Planck Institute for Nuclear Physics. Observatorios futuros como el Cherenkov Telescope Array podrían proporcionar más conocimientos sobre estos campos magnéticos.