Thomas Siegert de la Universidad Julius Maximilian de Würzburg en Alemania e Hiroki Yoneda de la Universidad de Kyoto en Japón analizaron datos del telescopio espacial INTEGRAL de la Agencia Espacial Europea, que observó el cielo de rayos gamma durante más de 20 años, desde 2002 hasta el final de su misión en 2025.

Durante este análisis, los investigadores identificaron una firma de rayos gamma característica de la aniquilación materia-antimateria en regiones fuera del disco galáctico. Los positrones son la contraparte de antimateria de los electrones: poseen la misma masa y espín, pero carga eléctrica opuesta. Cuando un positrón y un electrón se encuentran, se anulan mutuamente en una explosión de rayos gamma con una energía característica de 511 kiloelectronvoltios.

La señal más convincente provino del Complejo C, una vasta nube de hidrógeno que cae hacia el disco de la Vía Láctea. Otra señal tentativa fue detectada en la Corriente de Magallanes, una cinta de gas que se arrastra detrás de las Nubes de Magallanes Grande y Pequeña mientras orbitan la Vía Láctea. Ninguna de estas regiones se espera que produzca muchos positrones por sí sola, lo que sugiere que las partículas podrían haber viajado allí antes de aniquilarse.

"Esto sería la primera detección de aniquilación de positrones extragaláctica", dijo Siegert. "Eso en sí mismo significaría que el contenido de positrones de la Vía Láctea es mucho mayor de lo que se observa actualmente 'dentro'".

El descubrimiento presenta un enigma fundamental. Para que los positrones se anulen eficientemente, necesitan moverse muy lentamente. Si los positrones requieren ser lentos para aniquilarse, nunca deberían lograr escapar de la Vía Láctea. Sin embargo, los datos sugieren que una fracción de positrones de mayor energía escapó de la galaxia, se desaceleró en el gas de la Corriente de Magallanes y luego se anuló.

"Eso significa que hay una fracción de positrones a energías más altas que escapan de la Vía Láctea para desacelerarse en el gas de la Corriente de Magallanes. Ese escape fue básicamente inesperado", explicó Siegert.

Los astrónomos han estado mapeando la emisión de aniquilación de positrones en la Vía Láctea durante décadas para identificar los puntos calientes de aniquilación de positrones de la galaxia. Sin embargo, estos puntos calientes han presentado un acertijo desconcertante: parece haber muchos más positrones aniquilándose de lo que las fuentes astrofísicas conocidas pueden explicar cómodamente. Incluso después de contabilizar los positrones producidos por isótopos radiactivos forjados en explosiones estelares, agujeros negros, estrellas de neutrones y otros objetos energéticos, la señal de aniquilación observada aún no puede explicarse completamente.

Siegert y Yoneda estimaron que la Vía Láctea podría estar produciendo 100 tredecillones de positrones por segundo, lo que es 2-3 veces superior a otras estimaciones. Este número extraordinario plantea un desafío significativo a la física convencional.

"Tenemos el problema de explicar el número puro de positrones en la Vía Láctea. Si resulta ser aún más, nos estamos quedando sin fuentes astrofísicas convencionales para explicarlos", señaló Siegert.

Los investigadores validaron sus hallazgos mediante múltiples métodos. Dividieron el conjunto de datos en intervalos de 3 años, compararon las imágenes resultantes entre sí y construyeron imágenes acumulativas incorporando 3 años, luego 6, luego 9 años de datos. Las señales persistieron y aparecieron más significativas con más tiempo, un patrón que no se esperaría de un error sistemático instrumental.

Las detecciones aún conllevan un grado razonable de incertidumbre. La señal más fuerte alcanzó 4 sigma, lo que significa que hay aproximadamente una probabilidad de uno en 15.000 de que surgiera de una fluctuación estadística. La física requiere una certeza de 5 sigma para reclamar un descubrimiento. Siegert expresó confianza en que existe una señal de aniquilación real, pero señaló que serán necesarias observaciones futuras para determinar si la intensidad de la señal se ha medido correctamente.

Las observaciones futuras utilizando el Espectrómetro y Generador de Imágenes Compton de la NASA (COSI), programado para lanzarse en 2027, deberían poder determinar si estas débiles señales de aniquilación son genuinas y ayudar a rastrear dónde nacen los positrones de la Vía Láctea.

Si se confirma, el hallazgo profundizaría uno de los misterios de antimateria más antiguos de la astronomía, empujando las explicaciones astrofísicas convencionales más cerca de sus límites. Siegert sugirió que en algún momento podría ser necesario introducir modelos de materia oscura no convencionales para explicar este número de positrones, como partículas de materia oscura ligera.

La investigación ha sido publicada en la revista Astronomy & Astrophysics.