Non è la distruzione di materia oscura la causa delle radiazioni in eccesso rilevate al centro della galassia

I raggi gamma osservati non avrebbero potuto essere prodotti da quelle che vengono chiamate particelle massicce con interazione debole, teorizzate più comunemente come materia oscura

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Il rilevamento avvenuto più di un decennio fa da parte del telescopio spaziale Fermi Gamma Ray di un eccesso di radiazioni ad alta energia nel centro della Via Lattea aveva convinto alcuni fisici di star vedendo prove dell’annientamento delle particelle di materia oscura, ma un team guidato da ricercatori dell’Università della California di Irvine, ha escluso tale interpretazione.

In un articolo pubblicato di recente sulla rivista Physical Review D, gli scienziati e colleghi dell’UCI del Virginia Polytechnic Institute e della State University e altre istituzioni riferiscono che – attraverso un’analisi dei dati di Fermi e una serie esaustiva di esercizi di modellazione – sono stati in grado di determinare che i raggi gamma osservati non avrebbero potuto essere prodotti da quelle che vengono chiamate particelle massicce con interazione debole, teorizzate più comunemente come materia oscura.

Eliminando queste particelle, la cui distruzione potrebbe generare energie fino a 300 gigaelettronvolt, affermano gli autori dell’articolo, hanno imposto i vincoli più forti finora alle proprietà della materia oscura.

Per circa 40 anni, il principale candidato per la materia oscura tra i fisici delle particelle è stato una particella termica, debolmente interagente e di scala debole, e questo risultato per la prima volta esclude come candidati particelle di massa molto elevata“, ha detto il co -autore Kevork Abazajian, professore all’UCI di fisica e astronomia.

In molti modelli, questa particella varia da 10 a 1.000 volte la massa di un protone, con particelle più massicce che sono teoricamente meno attraenti come particelle di materia oscura“, ha aggiunto l’altro coautore Manoj Kaplinghat, professore di fisica e astronomia dell’UCI.

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In questo documento, abbiamo eliminato i candidati a materia oscura nell’intervallo indicato, il che rappresenta un enorme miglioramento dei vincoli che imponiamo alle possibilità che questi siano rappresentativi della materia oscura“.

Abazajian ha affermato che i segnali prodotti dalla materia oscura potrebbero essere prodotti, in realtà, da altri fenomeni astrofisici che avvengono nel Centro Galattico – come la formazione di stelle, la deflessione dei raggi cosmici dal gas molecolare e, in particolare, le stelle di neutroni e le pulsar di millisecondi – come sorgenti di raggi gamma in eccesso rilevati dal Telescopio spaziale Fermi.

Abbiamo esaminato tutti i diversi modelli dei fenomeni che avvengono nel Centro Galattico, inclusi gas molecolari, emissioni stellari ed elettroni ad alta energia che disperdono fotoni a bassa energia“, ha detto il coautore Oscar Macias, uno studioso post-dottorato in fisica e astronomia presso il Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe presso l’Università di Tokyo, la cui visita all’UCI nel 2017 ha avviato questo progetto. “Ci sono voluti più di tre anni per mettere insieme tutti questi nuovi modelli ed esaminare le emissioni, scoprendo che c’è poco spazio per la materia oscura“.

Macias, che è anche un ricercatore post-dottorato presso il GRAPPA Center dell’Università di Amsterdam, ha aggiunto che questo risultato non sarebbe stato possibile senza i dati e il software forniti dalla collaborazione con il Fermi Large Area Telescope.

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Il gruppo ha testato tutte le classi di modelli utilizzati nella regione del Centro Galattico per l’analisi delle emissioni in eccesso e le sue conclusioni sono rimaste invariate. “Si dovrebbe creare un modello di emissione diffusa che lasci un grande ‘buco’ in loro per allentare i nostri vincoli, e la scienza non funziona in questo modo“, ha detto Macias.

Kaplinghat ha osservato che i fisici hanno predetto che la radiazione dall’annientamento della materia oscura sarebbe rappresentata in una forma sferica o ellittica che emana dal Centro Galattico, ma l’eccesso di raggi gamma rilevato dal telescopio spaziale Fermi dopo il suo dispiegamento nel giugno 2008 si presenta come un triassiale, con struttura a barra.

Se osservi il Centro Galattico, vedi che le stelle sono distribuite in modo squadrato“, ha detto. “C’è un disco di stelle, e proprio al centro, c’è un rigonfiamento di circa 10 gradi nel cielo, ed è in realtà una forma molto specifica – una specie di scatola asimmetrica – e questa forma lascia pochissimo spazio per ulteriore materia oscura“.

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Questa ricerca esclude l’esistenza di materia oscura nella galassia?

No“, spiega Kaplinghat. “Il nostro studio limita solamente il tipo di particella che potrebbe essere la materia oscura. Le molteplici linee di prova dell’esistenza della materia oscura nella galassia restano solide e inalterate dal nostro lavoro“.

Lungi dal considerare scoraggianti i risultati del team, Abazajian ha affermato che dovrebbero incoraggiare i fisici a concentrarsi su concetti diversi da quelli più popolari.

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Ci sono molti candidati alternativi alla materia oscura“, ha detto. “La ricerca sarà più simile a una spedizione di pesca in cui non sai già dove sono i pesci“.

Riferimento: “Strong constraints on thermal relic dark matter from Fermi-LAT observations of the Galactic Center” di Kevork N. Abazajian, Shunsaku Horiuchi, Manoj Kaplinghat, Ryan E. Keeley e Oscar Macias, 20 agosto 2020, Physical Review D .
DOI: 10.1103 / PhysRevD.102.043012