Kunne nyligt spottede dunkle punktkilder forklare det galaktiske centeroverskud (GCE)?

I løbet af det seneste årti eller deromkring, en række astrofysiske undersøgelser har påvist et overskud af gammastråling i midten af ​​vores galakse. På trods af de mange forsøg på at forstå dette uventede overskud af stråling, nu kendt som det galaktiske center overskud (GCE), dens kilde og årsagerne til, at den eksisterer forbliver ukendt.

I første omgang, astronomer antog, at GCE var forbundet med udslettelse af mørkt stof. Nyere beviser, imidlertid, tyder på, at dette overskud af gammastråler kunne frembringes af en population af punktkilder (dvs. energikilder), hvoraf nogle måske allerede er blevet observeret tidligere.

Forskere ved University of Chicago, Fermi National Accelerator Laboratory og Oakland University udførte for nylig en undersøgelse med det formål at undersøge denne mulighed yderligere ved at sammenligne tidligere teorier og observationer med elementer i et punktkildekatalog udarbejdet af Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) Collaboration. Resultaterne af deres analyser, offentliggjort i et blad udgivet den Fysiske anmeldelsesbreve , lægge nye begrænsninger på eventuelle tidligere detekterede punktkilders evne til at understøtte GCE's glatte gammastråleemission.

"Sammen med mange af vores kolleger har vi været interesserede og fascinerede af det galaktiske centeroverskud (GCE), siden det først blev opdaget for næsten 10 år siden, "Yi-Ming Zhong, Samuel Mc Dermott, Ilias Cholis og Patrick Fox, de fire forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org via e-mail. "Denne overskydende emission af gammastråler mod centrum af Mælkevejen kan være et signal om udslettelse af mørkt stof eller stamme fra mere konventionelle astrofysiske mekanismer. For eksempel, en fremtrædende astrofysisk forklaring på GCE er, at vi observerer den kollektive emission fra rester af massive stjerner, som Fermi, med tilstrækkelig følsomhed, ville observere som gammastrålepunktkilder."

Undersøgelsen udført af forskerne bygger på nogle af deres tidligere værker, der undersøger den fysiske underbygning af GCE. Hovedmotivatoren bag deres papir var, at Fermi-samarbejdet for nylig opdaterede sit katalog over punktkilder (4FGL), som i det væsentlige er en liste over alle de lysemitterende områder eller kroppe på himlen og de målinger, der er forbundet med hver af dem.

Forskerne havde tidligere testet hypotesen om, at GCE stammer fra punktkilder ved at analysere Fermi-samarbejdets dunkle punktkildedatabase. Når den opdaterede version blev frigivet, de satte sig for at gentage deres analyser på de nyligt indsamlede data.

"Vi, og andre, har anvendt dataanalyseteknikken for wavelet-nedbrydning på FERMI-data tidligere, sædvanligvis med fokus på information i store vinkelskalaer (store objekter på himlen), " forklarede forskerne. "Denne gang ønskede vi at anvende det på små genstande med det nye katalog i hånden."

At forstå hvilke fænomener der finder sted i centrum af Mælkevejen er en besværlig og kompleks opgave, da mange processer foregår på én gang, herunder dannelse af stjerner, supernovaer, der er slukket, og dynamikken i centrale sorte huller. Alle disse samtidige fænomener gør det særligt udfordrende at bestemme de underliggende strukturer i vores galakse via analysen af ​​gammastrålemålinger.

Wavelet-nedbrydning er en teknik, der kan adskille forskellige kosmologiske bidrag baseret på mængden af ​​plads, de optager på himlen. Selvom det ofte har vist sig at være et meget effektivt værktøj til at analysere en række billeder taget med teleskoper, indtil nu, meget få forskerhold har anvendt det til analyse af gammastråledata. I deres undersøgelse, Zhong, McDermott, Cholis og Fox genbesøgte en analyse udført af tre forskere ved University of Amsterdam, der brugte wavelet-nedbrydning til at skille små genstande på himlen fra hinanden (dvs. punktkilder) fra andre kosmologiske fænomener.

"Mere er nu kendt om punktkilder i retning af det galaktiske center, både hvor de er, og hvad de er, " sagde forskerne. "Faktisk, placeringen af ​​mange af de nyligt målte punktkilder i FERMI-kataloget blev først afsløret af Bartels et al. ved hjælp af wavelet-teknikker. Historien har gentaget sig ved, at vi også har fundet et par nye lyspunkter på himlen, som ikke findes i andre kataloger i øjeblikket."

Tidligere, forskere foreslog, at nogle nyligt opdagede punktkilder kunne give en forklaring på GCE. Efterhånden som der indsamles flere oplysninger om disse punktkilder, såsom deres spektre og om de er placeret i nærheden af ​​kendte astrofysiske objekter, denne hypotese kan testes yderligere ved at sammenligne disse data med GCE-observationer.

De nye analyser udført af Zhong, McDermott, Cholis og Fox viser, at ingen af ​​punktkilderne inkluderet i Fermi-samarbejdets opdaterede 4FGL-katalog kan forklare GCE. I øvrigt, de foreslår, at hvis GCE faktisk bestod af svage punktkilder, disse skulle være en ny klasse af kosmologiske objekter, og der skulle være flere af dem.

"Vi forsøgte at bestemme rækkevidden af ​​muligheder for lysstyrkefunktionen for de svage punktkilder, " sagde forskerne. "Udvalget for parametre, der stadig ville passe til dataene, er ret ekstremt og ikke noget, man ville have forventet fra begyndelsen. Dermed, Det forekommer os usandsynligt, at GCE kommer fra svage punktkilder, og hvis det er, det ville komme fra en ny type astrofysisk kilde."

Det nye papir af Zhong, McDermott, Cholis og Fox præsenterer nye værdifulde resultater, der i nogen grad begrænser muligheden for punktkilder, der understøtter GCE, som foreslået af en række tidligere undersøgelser. Disse resultater kunne tjene som grundlag for fremtidig forskning, der undersøger arten af ​​de overskydende gammastråler i centrum af Mælkevejen.

"Vi har nogle interessante ideer til, hvordan man bruger wavelets til at hjælpe med at fjerne nogle af de mere irriterende baggrunde, " sagde forskerne. "Der foregår en sund videnskabelig diskussion på området i øjeblikket, og baseret på feedback, vi har modtaget, fortsætter vi med at forfine vores analyse af punktkilderne."

© 2020 Science X Network