Un extraño resplandor de rayos gamma que emana del corazón de la Vía Láctea podría ser la huella dactilar largamente buscada de partículas de materia oscura que se aniquilan entre sí, según sugiere la evidencia.
Un nuevo esfuerzo de investigación que involucra simulaciones de galaxias similares a la Vía Láctea muestra que la misteriosa e inexplicable radiación gamma adicional que emana de la región se debe tanto a la aniquilación de la materia oscura como a los púlsares de milisegundos, y la hipótesis de la materia oscura podría incluso tener una ligera ventaja.
“La materia oscura domina el Universo y mantiene unidas a las galaxias. Es extremadamente importante y estamos todo el tiempo pensando desesperadamente en ideas sobre cómo podríamos detectarla”, dice el astrofísico Joseph Silk de la Universidad Johns Hopkins.
“Los rayos gamma, y específicamente el exceso de luz que estamos observando en el centro de nuestra galaxia, podrían ser nuestra primera pista”.
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Este resplandor de rayos gamma, conocido como Exceso de GeV del Centro Galáctico (GCE), ha desconcertado a los astrónomos desde su descubrimiento en 2009 en datos del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA. Algo en el centro galáctico está produciendo un resplandor en la forma de luz de mayor energía del Universo, pero sea lo que sea, los astrónomos aún tienen que precisarlo.
Hay dos candidatos principales. Una de ellas es la materia oscura, la misteriosa fuente de gravedad adicional que ronda el Universo y que no puede explicarse por la materia normal que constituye todo lo que podemos detectar directamente.
No sabemos qué es la materia oscura, pero un candidato hipotético son las partículas masivas que interactúan débilmente, o WIMP. Los científicos predicen que cuando los WIMP y sus antipartículas chocan, se aniquilan entre sí y explotan en una lluvia de diferentes partículas, incluidos fotones de rayos gamma.
El otro candidato son los púlsares de milisegundos. Se trata de estrellas de neutrones al final de su ciclo de vida, formadas a partir del núcleo colapsado de una estrella masiva que expulsó la mayor parte de su material en una explosión de supernova. Lo que convierte a una estrella de neutrones en un púlsar es su giro extremadamente rápido. A medida que gira, emite haces de ondas de radio, partículas y radiación, incluidos rayos X y rayos gamma. A medida que estos rayos se desplazan, el púlsar parece, bueno, pulsar.
Los astrónomos aún tienen que detectar la población de púlsares que podrían ser responsables del GCE, pero hay formas de reducir las posibilidades. La población de estrellas viejas que debería incluir púlsares en el bulbo galáctico (la región central en forma de burbuja de la Vía Láctea) parece tener forma de X, mientras que investigaciones anteriores sugieren que el halo de materia oscura de la Vía Láctea es esférico.
Estas distribuciones tendrían diferentes efectos sobre la forma de la CME. Si el culpable son los púlsares de milisegundos, el GCE debería verse cuadrado, mientras que un origen de materia oscura produciría una forma más esférica. Dependiendo de la interpretación, los datos de Fermi sugieren que el GCE tiene una distribución claramente cuadrada.
Dirigidos por el cosmólogo Moorits Mihkel Muru del Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (Alemania), los investigadores querían saber si esta forma de caja descarta de manera concluyente la aniquilación de la materia oscura de la lista de candidatos de la CME.
Utilizaron supercomputadoras para ejecutar simulaciones de la historia evolutiva de la Vía Láctea, mapeando la densidad y distribución de la materia oscura y comparándola con la distribución de estrellas viejas utilizadas como indicador de púlsares de milisegundos. En lugar de modelar cómo la aniquilación aumenta con el tiempo, el equipo se centró en la estructura actual de la materia oscura y su señal de rayos gamma proyectada.
Todos los resultados de estas simulaciones se observaron desde una distancia de aproximadamente 8 kiloparsecs (la distancia del Sistema Solar al centro de la Vía Láctea) para que aparecieran tal como los veríamos en nuestra posición de observación actual.
Descubrieron que el halo de materia oscura probablemente no es perfectamente redondo, sino ligeramente aplanado como resultado de la larga historia de fusiones de la Vía Láctea con otras galaxias. Cuando se proyecta en mapas celestes de la Vía Láctea, esto produce un brillo cuadrado de rayos gamma a partir de la aniquilación de la materia oscura.
Esto sugiere que una forma aplanada no es necesariamente diagnóstica de púlsares de milisegundos, pero igualmente podría ser el resultado de la materia oscura.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>“Ambas hipótesis para el GCE, la de las aniquilaciones de materia oscura y los púlsares de milisegundos, son igualmente plausibles en base a la morfología, el espectro y la intensidad, con quizás una ligera ventaja para la hipótesis de la materia oscura en el último de estos atributos en vista de la deficiencia observada en púlsares de milisegundos”, escriben los investigadores en su artículo.
También es importante señalar que algunas observaciones han revelado manchas ligeramente desiguales en el GCE, como se esperaba de fuentes puntuales como los púlsares de milisegundos. La aniquilación de la materia oscura produciría un brillo más suave. Este nuevo estudio no aborda directamente esa textura a pequeña escala, que ha sido explorada en otros análisis, pero como la forma a gran escala del GCE ya no descarta la materia oscura, podría ser que ambas fuentes de radiación gamma estén activas en el centro galáctico.
Los autores señalan que los próximos observatorios, como el Cherenkov Telescope Array y el Observatorio Sur de Rayos Gamma de Campo Amplio, deberían ayudar a distinguir entre los dos escenarios.
“Es posible que veamos nuevos datos y confirmemos una teoría sobre la otra”, dice Silk. “O tal vez no encontremos nada, en cuyo caso será un misterio aún mayor que resolver”.
La investigación ha sido publicada en Physical Review Letters.