DAMPE confirma la “rodilla” a 1 TeV en el espectro de electrones y positrones en los rayos cósmicos

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El detector chino DAMPE (Dark Matter Particle Explorer) observa electrones y positrones de los rayos cósmicos con energías entre 25 GeV y 4,6 TeV. DAMPE, H.E.S.S., AMS-02 y Fermi-LAT observan que entre 55 GeV y 0,9 TeV siguen una ley de potencia con exponente γ1 = 3,09 ± 0,01; sin embargo, para energías entre 0,9 y 2,63 TeV el exponente cambia a γ2= 3,92 ± 0,20 (con un nivel de confianza estadística de 6,6 sigmas). La confirmación de la “rodilla” a 1 TeV despeja las dudas que había sobre las observaciones indirectas de H.E.S.S. Todavía no se conoce el origen astrofísico de esta “rodilla” (knee) en el espectro de rayos cósmicos.

¿Juega la materia oscura algún rol en la explicación de esta “rodilla” en los rayos cósmicos? A pesar de que DAMPE la tenga en su nombre, aún es pronto para saberlo. El artículo es DAMPE Collaboration, “Direct detection of a break in the teraelectronvolt cosmic-ray spectrum of electrons and positrons,” Nature (29 Nov 2017), doi: 10.1038/nature24475, arXiv:1711.10981 [astro-ph.HE].

[PS 30 Nov 2017] Más información divulgativa en Dennis Normile, “China’s dark matter space probe detects tantalizing signal,” Science News, 29 Nov 2017, doi: 10.1126/science.aar6217. Se espera que DAMPE tome datos durante al menos cinco años. [/PS]

[PS 04 Dic 2017] Recomiendo a los interesados en posibles fuentes la lectura de Qiang Yuan, Lei Feng, …, Yun-Long Zhang, “Interpretations of the DAMPE electron data,” arXiv:1711.10989 [astro-ph.HE]. [/PS]

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DAME (conocido en China como Wukong) se encuentra en un satélite en órbita sincrónica al Sol a una altura de unos 500 km sobre la superficie de la Tierra. Lanzado el 17 de diciembre de 2015, porta detectores de astropartículas con energías hasta 10 TeV (electrones, positrones y rayos gamma) que fueron testados en el CERN entre 2014 y 2015. El flujo de electrones en los rayos cósmicos es mucho más pequeño que el flujo de protones, unas 300 veces menor a una energía de 100 GeV y unas 800 veces menor a 1 TeV. Por ello la medida de los electrones y positrones en los rayos cósmicos es mucho más difícil, y también por ello mucho más interesante.

El nuevo artículo estudia los datos recogidos entre el 27 de diciembre de 2015 y el 8 de junio de 2017. Durante unos 530 días de operación DAMPE ha registrado unos 2,8 millardos de sucesos, de los que 1,5 millones son electrones y positrones con energías por encima de 25 GeV. La “rodilla” observada por H.E.S.S. tenía el problema de que para energías por encima de 1 TeV sus resultados están dominados por incertidumbres sistemáticas; en el caso DAMPE, para energías por encima de 380 GeV el error está dominado por las incertidumbres estadísticas. Gracias a ello se puede confirmar la existencia de la “rodilla” con una alta confianza estadística.

Por supuesto, se requieren futuros estudios, en especial, a mayores energías, cerca de los 10 TeV. El espectro de rayos cósmicos observado tendrá que ser contrastado con los modelos astrofísicos de sus posibles fuentes (púlsares cercanos, remanentes de supernovas y/o candidatos a partículas de materia oscura). La nueva “rodilla” se une a la anomalía asociada a los positrones observada por PAMELA y confirmada por AMS-02 en el espectro de electrones y positrones en los rayos cósmicos. Estamos viviendo una época apasionante en la física de astropartículas.


5 Comentarios

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notengoniideanotengoniidea

¿Y está descartado que se deba a algún efecto local?

¿El Sistema Solar, nuestra posición en la Galaxia, la carga neta positiva o negativa de Sagitario A, o carga eléctrica neta positiva o negativa de toda la Galaxia, etc…?

Francisco R. Villatoro

Rolando, DAMPE usa detectores de centello que separan fotones, electrones/positrones y protones (o iones más pesados que electrones). Sus detectores no pueden diferenciar entre electrones y positrones. Para estimar la proporción hay que recurrir a otros detectores (como PAMELA o AMS-02).

BorjaBorja

Entendí TVE en vez de TeV. Pensé que Cárdenas o algún otro la habían vuelto a liar y no entendía muy bien el titular. Cuando he leído ya la entrada completa me ha parecido muy correcta, como casi siempre. Agradable serendipia.

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