El limbo de la Tierra visto en rayos gamma por el telescopio Fermi LAT de la NASA

La fuente más brillante de rayos gamma que puede observar el telescopio espacial Fermi LAT de la NASA es el limbo de la Tierra. Los protones de alta energía que inciden en la atmósfera terrestre producen los rayos cósmicos, cascadas de partículas, que observamos en la superficie, pero además producen partículas rayos gamma (fotones de alta energía) que abandonan la atmósfera en una dirección tangencial en el limbo de la Tierra. Nos presenta esta curiosa imagen (que yo no había visto hasta ahora) Igor V. Moskalenko (Stanford Univ.), “Cosmic Rays in the Milky Way and Beyond,” SpacePart2012, Nov. 6, 2012 [slides, vídeo 28 min].

Las medidas del limbo de la Tierra según Fermi LAT coinciden con las predicciones de un modelo atmosférico para los rayos cósmicos, lo que permite estudiar las características del flujo de protones que inciden en la Tierra.

El resultado que se obtiene para el flujo de protones es que sigue una ley de potencias quebrada, con dos índices 2,84 ± 0,03 y 2,68 ± 0,02 por debajo y por encima de la energía umbral de 264 ± 19 GeV. Este resultado coincide perfectamente con las medidas de otros experimentos, como PAMELA que obtuvo 2,85 ± 0,015 ± 0,004 y 2,67 ± 0,03 ± 0,05, con una energía umbral de 232 ± 35 GV. Sin embargo, los datos aún son insuficientes para descartar una ley de potencia con un solo índice (según Fermi LAT sería 2,74 ± 0,01); con toda seguridad en los próximos meses los resultados de AMS-02 en la ISS permitirán dilucidar esta cuestión.

Fermi LAT también ha confirmado el exceso en el flujo de positrones observado por PAMELA. Inesperado y soprendente en su momento, todavía no se conoce su origen (podría ser debido a la aniquilación de materia oscura, a fuentes astrofísicas (púlsares) o a otras fuentes secundarias no estándares). Aunque Fermi LAT no tiene imanes que permitan discernir entre electrones y positrones, utilizando el campo geomagnético se puede hacer. Gracias a ello se ha confirmado el exceso de positrones en un rango mayor de energía, hasta 200 GeV. El flujo total de leptones (electrones más positrones) coincide también con PAMELA, lo que ratifica la calidad del resultado obtenido por Fermi LAT. En cuanto a los antiprotones, PAMELA y Fermi LAT coinciden, y además no se observa ningún exceso (si el origen del exceso de positrones es la aniquilación de materia oscura, sería de esperar observar un exceso también de antiprotones). En la actualidad no hay ninguna explicación razonable y aceptada para el exceso de positrones sin que haya un exceso de antiprotones.

Más información sobre los resultados de PAMELA en Piergiorgio Picozza (INFN, Univ. Rome Tor Vergata), “Understanding Cosmic Rays with Balloon and Space Experiments,” SpacePart2012, Nov. 6, 2012 [slides, vídeo 28 min].

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