Un nou studiu al radiaţiei gama din centrul Galaxiei noastre constituie cea mai puternică pledoarie de până acum că o parte a acestei emisii poate proveni de la materia întunecată, o substanţă necunoscută ce alcătuieşte cea mai mare parte din Univers.

 

 

Folosind date disponibile public de la Fermi Gamma-ray Space Telescope al NASA, cercetători independenţi de la Fermi National Accelerator Laboratory, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Massachusetts Institute of Technology şi de la University of Chicago au întocmit hărţi noi care arată că centrul galactic produce mai multe raze gama de înaltă energie decât poate fi explicat prin sursele cunoscute şi că acest exces de emisii are legătură cu câteva forme de materie întunecată.

 


În stânga este o hartă a razelor gama cu energii între 1 şi 3,16 GeV detectate în centrul galactic. Cei mai proeminenţi pulsari sunt etichetaţi.
Înlăturarea tuturor surselor de raze gama (imaginea din dreapta) dezvăluie o emisie în exces ce poate apărea din anihilările de materie întunecată.
Credit: T. Linden, Univ. of Chicago

 

 

"Noile hărţi ne permit să analizăm excesul (de emisii) și să verificăm dacă nu cumva acestea pot fi explicate de teorii mai convenţionale, de exemplu de prezenţa unor pulsari nedescoperiţi sau coliziunea razelor cosmice cu nori de gaz", spune Dan Hooper, astrofizician la Fermilab şi unul din principalii autori ai studiului. "Semnalul pe care l-am găsit nu poate fi explicat prin alternativele propuse în mod curent şi este în acord strâns cu predicţiile modelelor foarte simple de materie întunecată".

 

 

Centrul galactic (ilustrat mai sus) abundă în surse de raze gama, datorate interacţiunii companionilor sistemelor binare, pulsarilor izolaţi, rămăşiţelor supernovelor şi particulelor ciocnindu-se cu gazul interstelar. Acolo este de asemenea locul unde astronomii se aşteaptă să găsească cea mai mare densitate a materiei întunecate din Galaxie, care afectează materia obişnuită şi radiaţia numai prin atracţia ei gravitaţională. Mari cantităţi de materie întunecată atrag materia normală, formând o fundaţie pe care sunt construite structurile vizibile, precum galaxiile.

Nimeni nu cunoaşte adevărata natură a materiei întunecate, dar WIMP, sau Weakly Interacting Massive Particles (particule masive cu interacţiune redusă), reprezintă principala clasă a candidaţilor. Teoreticienii au imaginat o gamă largă de tipuri de WIMP, câteva dintre ele putându-se, fie anihila reciproc, ori să producă o particulă intermediară cu dezintegrare rapidă, în urma ciocnirii. Ambele aceste căi se încheie cu producerea de raze gama - lumina cu cea mai mare energie - la energii în gama de detecţie de la Fermi Large Area Telescope, sau LAT.

Când astronomii dau la o parte, cu atenţie, toate sursele cunoscute de raze gama de la observaţiile LAT ale centrului galactic, rămâne un crâmpei de emisii (arătate mai sus, în dreapta). Acest exces apare cel mai pronunţat la energii cuprinse între 1 şi 3 miliarde de electronvolţi - în mare, de un miliard de ori mai mare decât cea a luminii vizibile - şi se extinde către exterior la cel puţin 5000 de ani-lumină de centrul galactic.

Hooper şi colegii lui conchid că anihilările particulelor de materie întunecată cu o masă între 31 şi 40 GeV constitue o potrivire remarcabilă pentru excesul bazat pe spectrul razelor gama, pentru simetria acestuia în jurul centrului galactic şi pentru strălucirea lui totală. Scriind într-un articol trimis revistei Physical Review D, cercetătorii spun că aceste caracteristici sunt greu de pus de acord cu alte explicaţii propuse până acum, deşi admit că se pot încă materializa alternative plauzibile care nu necesită materia întunecată.

"Materia întunecată în această gamă a masei poate fi sondată numai prin detecţie directă şi de către Large Hadron Collider, astfel încât dacă aceasta este materie întunecată, noi învăţăm deja despre interacţiunea ei prin însăşi lipsa detecţiei de până acum", spune coautorul Tracy Slatyer, fizician teoretician la MIT în Cambridge, Massachusetts. "Acesta este un semnal foarte provocator şi deşi cazul nu este încă închis, în viitor s-ar putea foarte bine să privim înapoi si să spunem că aici am văzut anihilarea materiei întunecate pentru prima oară".

Cercetătorii anticipează prudent că vor fi necesare observaţii multiple - în alte obiecte astronomice, la LHC sau în câteva experimente de detecţie directă ce sunt acum în desfăşurare pe tot globul - pentru a valida interpretarea lor referitoare la materia întunecată.

"Cazul nostru este în mare măsură un proces de eliminare. Am făcut o listă, am eliminat lucrurile care nu se potrivesc şi am rămas cu materia întunecată", spune coautorul Douglas Finkbeiner, profesor de astronomie şi fizică la CfA, de asemenea în Cambridge.

"Acest studiu este un exemplu de tehnici inovative aplicate datelor de la Fermi de către comunitatea ştiinţifică", spune Peter Michelson, profesor de fizică la Stanford University în California şi cercetător principal la LAT. "Colaborarea Fermi LAT continuă să examineze extraordinar de complexa regiune centrală a Galaxiei, dar până când acest studiu nu este finalizat nu putem nici confirma, nici infirma, această interesantă analiză".

În timp ce marea cantitate de materie întunecată estimată a exista în centrul galactic ar produce un semnal puternic, competiţia din partea multor alte surse de raze gama complică orice încercare de detecţie. Dar punând problema invers, cu capul în jos, furnizează o altă cale de a o aborda. În loc se căutăm acolo unde este cea mai mare concentrare de materie întunecată, să ne uităm acolo unde semnalul are mai puţini competitori.

Galaxiilor pitice ce orbitează Calea Lactee le lipsesc alte tipuri de emiţători de raze gama şi conţin mari cantităţi de materie întunecată raportat la mărimea lor - de fapt sunt cele mai dominate de către materia întunecată surse din câte cunoaştem. Dar există o compensare. Deoarece se află mult mai departe şi conţin per total mult mai puţină materie întunecată decât centrul Căii Lactee, galaxiile pitice produc un semnal mult mai slab şi necesită mulţi ani de observare pentru a stabili o detecţie sigură.

În ultimii patru ani echipa LAT a căutat indicii referitoare la materia întunecată în galaxii pitice. Rezultatele publicate ale acestor studii au stabilit limite stricte ale gamei maselor şi ratelor de interacţiune pentru multe WIMPuri propuse, chiar eliminând unele modele. În cele mai recente rezultate ale studiului, publicate pe 11 februarie în Physical Review D, echipa Fermi a semnalat un exces mic, dar provocator, de raze gama.

"Există o şansă de 1 la 12 ca ceea ce vedem în galaxiile pitice să nu fie deloc un semnal, ci numai o fluctuaţie în fundalul de raze gama", explică Elliott Bloom, membru al colaborării LAT de la Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology, localizat atât la SLAC National Accelerator Laboratory, cat şi la Stanford University. Dacă este real, semnalul ar trebui să devină din ce în ce mai puternic, pe măsură ce Fermi adună ani suplimentari de observaţii, şi pe măsură ce observaţiile astronomice de câmp larg descoperă noi (galaxii) pitice. "Dacă vom vedea în final un semnal semnificativ", adaugă el "ar putea fi o confirmare puternică a semnalului materiei întunecate revendicat a fi fost observat în centrul galaxiei".

Traducere de Marian Stănică după possible-hints-of-dark-matter-in-fermi-data cu acordul editorului

Puteți comenta folosind contul de pe site, de FB, Twitter sau Google ori ca vizitator (fără înregistrare). Pt vizitatori comentariile sunt moderate (aprobate de admin).

Loading comment... The comment will be refreshed after 00:00.

Fii primul care comentează.

Spune-ne care-i părerea ta...
caractere rămase.
Loghează-te ( Fă-ți un cont! )
ori scrie un comentariu ca „vizitator”

 


Ne poți ajuta cu o donaţie.


PayPal ()


Contact
| T&C | © 2020 Scientia.ro