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    Lo studio esclude la distruzione della materia oscura come origine di radiazioni extra nel centro della galassia

    L'interpretazione di un artista della Via Lattea mostra la distribuzione "squadrata" delle stelle nel Centro Galattico. Un team di fisici guidato dall'UCI ha affermato in uno studio appena pubblicato che questa forma lascia pochissimo spazio alle radiazioni in eccesso dalla distruzione delle particelle di materia oscura. Credito:Oscar Macias per UCI

    Il rilevamento più di un decennio fa da parte del Fermi Gamma Ray Space Telescope di un eccesso di radiazione ad alta energia nel centro della Via Lattea convinse alcuni fisici che stavano vedendo prove dell'annientamento delle particelle di materia oscura, ma un team guidato da ricercatori dell'Università della California, Irvine ha escluso questa interpretazione.

    In un articolo pubblicato di recente sulla rivista Revisione fisica D , gli scienziati dell'UCI e i colleghi del Virginia Polytechnic Institute e della State University e di 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 potrebbero essere stati prodotti da ciò che sono chiamate particelle massicce che interagiscono debolmente, più comunemente teorizzato come la materia della materia oscura.

    Eliminando queste particelle, la cui distruzione potrebbe generare energie fino a 300 giga-elettronvolt, dicono gli autori del documento, hanno posto i vincoli più forti mai visti sulle proprietà della materia oscura.

    "Per 40 anni o giù di lì, il candidato principale per la materia oscura tra i fisici delle particelle era una termica, particelle debolmente interagenti e su scala debole, e questo risultato per la prima volta esclude che le particelle candidate fino a massa molto elevata, " ha detto il co-autore Kevork Abazajian, Professore 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 teoricamente sono meno attraenti come particelle di materia oscura, " ha aggiunto il coautore Manoj Kaplinghat, anche un professore UCI di fisica e astronomia. "In questo documento, stiamo eliminando i candidati della materia oscura dall'intervallo preferito, che è un enorme miglioramento nei limiti che poniamo sulle possibilità che questi siano rappresentativi della materia oscura".

    Abazajian ha affermato che i segnali della materia oscura potrebbero essere spiazzati da altri fenomeni astrofisici nel Centro Galattico, come la formazione stellare, deviazione dei raggi cosmici dal gas molecolare e, soprattutto, stelle di neutroni e pulsar al millisecondo, come sorgenti di raggi gamma in eccesso rilevati dal telescopio spaziale Fermi.

    "Abbiamo esaminato tutti i diversi modelli che avvengono nel Centro Galattico, compreso il gas molecolare, emissioni stellari ed elettroni ad alta energia che diffondono fotoni a bassa energia, " ha detto il co-autore Oscar Macias, uno studioso post-dottorato in fisica e astronomia presso il Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe dell'Università di Tokyo, la cui visita all'UCI nel 2017 ha avviato questo progetto. "Ci sono voluti più di tre anni per tirare fuori tutti questi nuovi, modelli migliori insieme ed esaminare le emissioni, scoprendo che c'è poco spazio per la materia oscura."

    Questa rappresentazione dei dati del telescopio spaziale Fermi Gamma Ray dopo il suo lancio nel 2008 mostra un eccesso di radiazioni ad alta energia nel Centro Galattico della Via Lattea. Molti fisici hanno attribuito questo all'annientamento di particelle di materia oscura che interagiscono debolmente, ma uno studio condotto dall'UCI ha escluso questa possibilità attraverso una serie di masse di particelle. Credito:Oscar Macias per UCI

    Macia, che è anche ricercatore post-dottorato presso il Centro GRAPPA dell'Università di Amsterdam, ha aggiunto che questo risultato non sarebbe stato possibile senza dati e software forniti dalla collaborazione Fermi Large Area Telescope.

    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. "Bisognerebbe creare un modello di emissione diffusa che lasci un grande 'buco' in loro per rilassare i nostri vincoli, e la scienza non funziona in questo modo, " disse Macia.

    Kaplinghat ha notato che i fisici hanno predetto che la radiazione dall'annientamento della materia oscura sarebbe stata rappresentata in una forma sferica o ellittica ordinata proveniente 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, struttura a barra.

    "Se scruti il ​​Centro Galattico, vedi che le stelle sono distribuite in modo squadrato, " disse. "C'è un disco di stelle, e proprio al centro, c'è un rigonfiamento che è 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".

    Questa ricerca esclude l'esistenza della materia oscura nella galassia? "No, " Kaplinghat ha detto. "Il nostro studio limita il tipo di particella che potrebbe essere la materia oscura. Le molteplici linee di prova per la materia oscura nella galassia sono robuste e non influenzate 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.

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


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