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Tecnología

Detectan exceso de rayos gamma en el centro galáctico


Las observaciones revelaron una serie de excesos enigmáticos no previstos por los modelos teóricos.

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La materia oscura es la fuente más probable del exceso de rayos gamma del centro galáctico detectada por misiones espaciales que estudian señales astrofísicas en el espectro de alta energía.

Las observaciones revelaron una serie de excesos enigmáticos no previstos por los modelos teóricos. Dos estudios teóricos recientes llevados a cabo por Mattia di Mauro, investigador del INFN (Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia), uno de los cuales apareció en Physical Review D, confirman que la explicación de la materia oscura es compatible con los excesos medidos, lo que demuestra además que no está refutada por posibles discrepancias entre datos teóricos y observacionales.

Los resultados obtenidos se basan en un análisis innovador y refinado que compara los datos adquiridos en los últimos 11 años por el principal instrumento a bordo del Fermi de la NASA, el Fermi Large Area Telescope (LAT), con mediciones de otras anomalías astronómicas registradas por el detector orbital Pamela y por el experimento del Espectrómetro Magnético Alfa (AMS-02) a bordo de la Estación Espacial Internacional. Pamela y AMS son gestionadas por colaboraciones internacionales en las que INFN juega un papel decisivo.

A partir de 2009, año en el que las mediciones de Fermi arrojaron un excedente de fotones con energías iguales o superiores a 1 GeV (2 mil veces la masa de un electrón) provenientes del centro de nuestra galaxia, la comunidad astrofísica ha tratado de explicar las observaciones de varias formas, incluida la posible presencia de miles de púlsares débiles cerca del centro galáctico y la posible contribución de rayos gamma proporcionada por la materia oscura.

Estos análisis estaban sujetos a una gran incertidumbre ya que se referían a modelos del llamado fondo de rayos gamma astrofísico, producido por rayos cósmicos o por fuentes conocidas, que, aunque capaces de incluir una cierta variabilidad, están sujetos a un gran error.

Para describir las propiedades del exceso de rayos gamma con mayor precisión y evaluar si es realmente compatible con la materia oscura, el nuevo estudio se basó en el conjunto más amplio de datos recopilados en el último año por el LAT y utilizó una técnica de análisis que minimiza las incertidumbres del trasfondo astrofísico mediante la adopción de múltiples modelos.

“La metodología de análisis empleada”, explica Mattia di Mauro, “ha proporcionado información muy relevante sobre la distribución espacial del exceso de radiación gamma, lo que puede explicar qué genera el exceso de fotones de alta energía en el centro galáctico. Si el exceso fue, por ejemplo, causado por la interacción entre los rayos cósmicos y los átomos, esperaríamos observar su mayor distribución espacial a energías más bajas y su difusión más baja a energías más altas debido a la propagación de partículas cósmicas”.

“Mi estudio, por otro lado, subraya cómo el espacio La distribución del exceso no cambia en función de la energía. Este aspecto nunca se había observado antes y podría explicarse por la presencia de materia oscura en la interpretación de la materia oscura. Esto se debe a que pensamos que las partículas que componen el halo de materia oscura deben tener energías similares. El análisis muestra claramente que el exceso de rayos gamma se concentra en el centro galáctico, exactamente lo que esperaríamos encontrar en el corazón de la Vía Láctea si la materia oscura fuese de hecho un nuevo tipo de partícula”, explica en un comunicado.

Un segundo estudio, que se publicará en la misma revista, examina la validez de la hipótesis de la materia oscura utilizando las predicciones de un modelo más grande que describe las posibles interacciones de partículas de este escurridizo componente del universo.

Un modelo teórico demostró cómo la existencia de partículas de materia oscura no es refutada por otras anomalías registradas en el trasfondo astrofísico. Estos incluyen el exceso de positrones medidos por Pamela y AMS-02, si se atribuye a un exceso de materia oscura, y la no detección de fotones de alta energía de galaxias enanas cercanas a la nuestra, cuyos movimientos estelares implican la presencia de altas concentraciones de materia oscura.

“A partir del modelo físico desarrollado en este segundo estudio”, prosigue Di Mauro, “luego de considerar diferentes resultados para la interacción y aniquilación de partículas de materia oscura, alternativas que precederían a la producción de fotones de alta energía, verificamos cuál de estas posibilidades mejor acorde con el exceso de rayos gamma del centro galáctico, considerando también el excedente de positrones y la no detección de rayos gamma de las galaxias enanas. Esta comparación ha permitido derivar propiedades precisas de la materia oscura, propiedades compatibles con el exceso del centro galáctico y los límites superiores encontrados con otros datos de partículas”.

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