Um novo estudo da luz de raios gama a partir do centro da nossa galáxia torna o caso mais forte até agora de que algumas destas emissões pode surgir a partir de matéria escura, uma substância desconhecida que compõem a maior parte do universo material. Usando dados publicamente disponíveis do Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA, os cientistas independentes no Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica (CfA), o Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade de Chicago ter desenvolvidos novos mapas que mostram que o centro da galáxia produz raios gama de alta energia mais do que pode ser explicado por fontes conhecidas e que este excesso de emissões de acordo com algumas formas de matéria escura.
"Os novos mapas nos permitem analisar o excesso e testar se explicações mais convencionais, tais como a presença de pulsares não descobertos ou colisões de raios cósmicos nas nuvens de gás, pode ser responsável por isso", disse Dan Hooper, um astrofísico do Fermilab, em Batavia, Illinois, e autor principal do estudo. "O sinal que encontramos não pode ser explicado por alternativas atualmente propostas e está em estreita concordância com as previsões de modelos muito simples de matéria escura."
Esta animação faz zoom em uma imagem da Via Láctea, mostrada na luz visível, e sobrepõe um mapa de raios gama do centro galáctico do Fermi, da NASA. Transições de dados brutos para uma exibição com todas as fontes conhecidas removidas, revelando um excesso de raios gama insinuando a presença de matéria escura.
O centro galáctico está repleto de fontes de raios gama, de interagir sistemas binários e pulsares isolados de remanescentes de supernovas e as partículas colidem com o gás interestelar. É também onde os astrônomos esperam encontrar maior densidade da galáxia de matéria escura, que só afeta a matéria normal e radiação através de sua gravidade. Grandes quantidades de matéria escura atrair matéria normal, formando uma base sobre a qual as estruturas visíveis, como as galáxias, são construídas.
Ninguém sabe a verdadeira natureza da matéria escura, mas WIMPs, ou interação fraca partículas maciças, representam uma classe de liderança dos candidatos. Os teóricos têm imaginado uma ampla gama de tipos de WIMP, alguns dos quais podem ou mutuamente aniquilar ou produzir, uma partícula deteriorando rapidamente intermediário quando colidem. Ambos os percursos acabar com a produção de raios gama - a forma mais energética de luz - em energias dentro da faixa de detecção do Telescópio de Grande Área de Fermi (LAT).
Quando os astrônomos subtrair cuidadosamente todas as fontes de raios gama conhecidos a partir de observações LAT do centro galáctico, um pedaço de emissão sobra permanece. Esse excesso aparece mais proeminente em energias entre 1 e 3 bilhões de elétron-volts (GeV) - cerca de um bilhão de vezes maior do que a da luz visível - e se estende para fora, pelo menos, 5.000 anos-luz do centro galáctico.
Hooper e seus colegas concluem que aniquilação de partículas de matéria escura com uma massa entre 31 e 40 GeV fornecer um ajuste notável para o excesso com base em seu espectro de raios gama, a sua simetria em torno do centro da galáxia, e seu brilho total. Escrevendo em um artigo submetido ao periódico Physical Review D, os pesquisadores dizem que essas características são difíceis de conciliar com outras explicações propostas até agora, apesar de notar que as alternativas plausíveis que não requerem matéria escura podem ainda materializar.
"A matéria escura nessa faixa de massa pode ser sondado por detecção direta e pelo Large Hadron Collider (LHC), por isso, se esta é a matéria escura, já estamos aprendendo sobre suas interações da falta de detecção até agora", disse o co- autor Tracy Slatyer, um físico teórico do MIT em Cambridge, Massachusetts "Este é um sinal muito emocionante, e enquanto o caso ainda não está fechado, no futuro, poderia muito bem olhar para trás e dizer que este foi onde vimos aniquilação de matéria escura para a primeira vez. "
Os pesquisadores advertem que vai demorar vários avistamentos - em outros objetos astronômicos, o LHC ou em alguns dos experimentos de detecção direta agora a ser realizados em todo o mundo - para validar a sua interpretação da matéria escura.
"Nosso caso é muito mais um argumento processo de eliminação. Fizemos uma lista, riscado fora coisas que não deram certo, e acabou com a matéria escura", disse o co-autor Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física na CFA, também em Cambridge.
"Este estudo é um exemplo de técnicas inovadoras aplicadas aos dados de Fermi pela comunidade científica", disse Peter Michelson, professor de física na Universidade de Stanford, na Califórnia, e investigador principal LAT. "A colaboração Fermi LAT continua a examinar a região central extraordinariamente complexo da galáxia, mas até o presente estudo está completo podemos confirmar nem refutar esta análise interessante."
Enquanto a grande quantidade de matéria escura esperado no centro da galáxia deve produzir um sinal forte, a concorrência de muitas outras fontes de raios gama complica qualquer caso para uma detecção. Mas transformar o problema em sua cabeça fornece uma outra maneira de atacá-lo. Em vez de olhar para a maior coleção vizinha de matéria escura, olha onde o sinal tem menos desafios.
Galáxias anãs que orbitam a Via Láctea não têm outros tipos de emissores de raios gama e contêm grandes quantidades de matéria escura para o seu tamanho - na verdade, eles são as fontes mais matéria escura dominadas conhecidos. Mas há uma troca. Porque eles ficam muito mais longe e conter matéria escura total muito menor do que o centro da Via Láctea, galáxias anãs produzir um sinal muito mais fraco e exigir muitos anos de observações para estabelecer uma detecção segura.
Nos últimos quatro anos, a equipe LAT vem buscando galáxias anãs para sugestões de matéria escura. Os resultados publicados destes estudos estabeleceram limites rigorosos sobre as faixas de massa e taxas de interação para muitos WIMPs propostas, mesmo eliminando alguns modelos. Na maioria dos resultados recentes do estudo, publicado na Physical Review D em 11 de fevereiro, a equipe do Fermi tomou conhecimento de um excesso pequeno, mas provocador de raios gama.
"Há cerca de uma chance em 12 de que o que estamos vendo nas galáxias anãs não é nem mesmo um sinal em tudo, apenas uma flutuação no fundo de raios gama", explicou Elliott Bloom, um membro da Colaboração LAT em Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, localizado em conjunto no Laboratório de Acelerador SLAC National e da Universidade de Stanford. Se for real, o sinal deve crescer mais forte como Fermi adquire anos adicionais de observações e como todo o campo pesquisas astronômicas descobrir novos anões. "Se nós, em última análise ver um sinal significativo", acrescentou ele, "poderia ser uma forte confirmação do sinal de matéria escura reivindicada na centro da galáxia."
Fonte: NASA
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