Crédito: ESO / FERMI-LAT
Recientemente, misiones espaciales para estudiar señales astrofísicas en el espectro de alta energía han revelado una serie de desconcertantes excesos que no fueron predichos por modelos teóricos. Para encontrar una explicación a estas anomalías, se han propuesto muchas soluciones. La hipótesis más interesante se relaciona con la elusiva materia oscura, una misteriosa forma de materia cuatro veces más grande que la materia bariónica, de la cual los científicos hasta ahora solo han detectado efectos gravitacionales.
Dos estudios teóricos recientes de Mattia di Mauro, investigador de la sucursal de INFN Turín, uno de los cuales apareció hoy en Inspección física D.confirman que esta explicación está en consonancia con las superaciones medidas, lo que demuestra además que no es refutada por posibles discrepancias entre los datos teóricos y observacionales. Los resultados se basan en un análisis novedoso y refinado que compara los datos obtenidos durante los últimos 11 años por el instrumento principal del Telescopio de Área Grande Fermi (LAT) de la NASA con las mediciones de otras anomalías astronómicas registradas por el detector Pamela en órbita y el experimento del Espectrómetro Magnético Alfa (AMS- 02) a bordo de la Estación Espacial Internacional. Pamela y AMS se rigen por una colaboración internacional en la que el INFN juega un papel decisivo.
A partir de 2009, en el que las mediciones de Fermi mostraron un excedente de fotones con energías iguales o superiores a 1 GeV (2.000 veces la masa de un electrón) provenientes del centro de nuestra galaxia, la comunidad astrofísica ha intentado explicar las observaciones en varios formas, incluida la posible presencia de miles de púlsares débiles cerca del centro de la galaxia y la proporción potencial de rayos gamma proporcionados por la materia oscura. Estos análisis fueron muy inciertos, ya que se referían a modelos del llamado fondo de rayos gamma astrofísico producido por rayos cósmicos o fuentes conocidas, que, aunque pueden contener alguna variación, están muy sesgados.
Para describir con más detalle las propiedades del exceso de radiación gamma y evaluar si es realmente compatible con la materia oscura, el nuevo estudio utilizó el conjunto más amplio de datos recopilados por el LAT el año pasado y utilizó una técnica de análisis que minimiza las incertidumbres de fondo astrofísicas mediante la adopción de múltiples modelos. “La metodología de análisis utilizada”, explica Mattia di Mauro, “ha proporcionado información muy importante sobre la distribución espacial del exceso de rayos gamma, lo que puede explicar qué genera el exceso de fotones de alta energía en el centro galáctico. Por ejemplo, debido a la interacción entre los rayos cósmicos y los átomos, esperaríamos ver una mayor distribución espacial a energías más bajas y menos difusión a energías más altas debido a la propagación de partículas cósmicas. Por otro lado, mi estudio destaca cómo la distribución espacial del exceso no cambia en función de la energía. Este aspecto nunca se había observado antes y puede explicarse mediante una interpretación de la presencia de materia oscura. Esto se debe a que creemos que las partículas que forman el halo de materia oscura deberían tener energías similares. el análisis muestra claramente que el exceso de rayos gamma se concentra en el centro de la galaxia, exactamente lo que esperaríamos encontrar en el corazón lechoso Sí, si la materia oscura es en realidad un nuevo tipo de partícula. “
El segundo estudio, que se publicará en la misma revista, prueba la hipótesis de la materia oscura utilizando predicciones de un modelo más grande que describe las posibles interacciones de partículas en este escurridizo componente del universo. El modelo teórico mostró que la existencia de partículas de materia oscura no es refutada por otras anomalías registradas en un contexto astrofísico. Estos incluyen un exceso de positrones medido por Pamela y AMS-02, si se atribuye a un exceso de materia oscura, y la falta de detección de fotones de alta energía de galaxias enanas cercanas a la nuestra, cuyos movimientos estelares sugieren la presencia de altas concentraciones de Materia oscura.
Di Mauro dice: “A partir del modelo físico desarrollado en este segundo estudio, después de considerar los diversos resultados de la interacción y aniquilación de partículas de materia oscura, alternativas que precederían a la producción de fotones de alta energía, analizamos cuál de estas posibilidades se adaptaron mejor al exceso de radiación gamma en las galaxias centrales, teniendo en cuenta el excedente de positrones y la falta de detección de rayos gamma de las galaxias enanas. Esta comparación permitió obtener las propiedades exactas de la materia oscura, propiedades consistentes con un exceso del centro galáctico y los límites superiores encontrados con otros datos de partículas. ”
El estudio excluye la destrucción de materia oscura como fuente de radiación adicional en el centro de la galaxia.
Más información:
Mattia Di Mauro. Características del excedente del Centro Galáctico medido sobre la base de datos de Fermi-LAT de 11 años, Inspección física D. (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevD.103.063029
Limitaciones de muchos meses en la interpretación de la materia oscura del centro de galaxias Fermi-LAT en exceso: arxiv.org/abs/2101.11027 arXiv: 2101.11027v1 [astro-ph.HE]
Cotización: La materia oscura es la fuente más probable de exceso de rayos gamma del centro galáctico (2021, 29 de marzo) recuperado el 30 de marzo de 2021 de https://phys.org/news/2021-03-dark-source-excess-gamma- rayos .html
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