Mørkt stof er den mest sandsynlige kilde til overskydende gammastråler fra galaktisk centrum

I den seneste tid, rummissioner dedikeret til studiet af astrofysiske signaler i højenergispektret afslørede en række gådefulde udskejelser, som ikke var forudsagt af de teoretiske modeller. For at finde en forklaring på disse anomalier, mange løsninger er blevet foreslået. Den mest spændende hypotese påberåber sig bidraget fra det undvigende mørke stof, den mystiske form for stof, der er fire gange mere rigelig end baryonisk stof, og af hvilke videnskabsmænd hidtil kun har påvist gravitationseffekter.

To nyere teoretiske undersøgelser udført af Mattia di Mauro, forsker ved Torino-afdelingen af ​​INFN, hvoraf en dukkede op i dag i Fysisk gennemgang D , bekræfte, at denne forklaring er kompatibel med målte overskridelser, yderligere demonstrerer, at det ikke modbevises af potentielle uoverensstemmelser mellem teoretiske og observationsdata. De opnåede resultater er baseret på en innovativ og raffineret analyse, der sammenligner data erhvervet i de sidste 11 år af hovedinstrumentet ombord på NASAs Fermi, Fermi Large Area Telescope (LAT), med målinger af andre astronomiske anomalier optaget af den kredsende Pamela-detektor og af Alpha Magnetic Spectrometer-eksperimentet (AMS-02) ombord på den internationale rumstation. Pamela og AMS ledes af internationale samarbejder, hvor INFN spiller en afgørende rolle.

Fra 2009, året, hvor Fermi-målinger viste et overskud af fotoner med energier lig med eller større end 1 GeV (2000 gange massen af ​​en elektron), der kommer fra centrum af vores galakse, det astrofysiske samfund har forsøgt at forklare observationerne på flere måder, inklusive den mulige tilstedeværelse af tusindvis af svage pulsarer nær det galaktiske centrum og det potentielle gammastrålebidrag fra mørkt stof. Disse analyser var behæftet med stor usikkerhed, da de refererede til modeller af den såkaldte astrofysiske gammastrålebaggrund, produceret af kosmiske stråler eller af kendte kilder, hvilken, selvom det er i stand til at inkludere en vis variabilitet, er behæftet med store fejl.

For at beskrive gammastråleoverskydende egenskaber mere præcist og for at vurdere, om det virkelig er foreneligt med mørkt stof, den nye undersøgelse var baseret på det bredeste sæt af data indsamlet i det sidste år af LAT, og brugte en analyseteknik, der minimerer usikkerheden i den astrofysiske baggrund ved at anvende flere modeller. "Den anvendte analysemetode, " forklarer Mattia di Mauro, "har givet meget relevant information om den rumlige fordeling af overskydende gammastråling, som kan forklare, hvad der genererer overskuddet af højenergifotoner i det galaktiske centrum. Hvis overskuddet var, for eksempel, forårsaget af samspillet mellem kosmiske stråler og atomer, vi ville forvente at observere dens større rumlige fordeling ved lavere energier og dens lavere diffusion ved højere energier på grund af udbredelsen af ​​kosmiske partikler. mit studie, på den anden side, understreger, hvordan den rumlige fordeling af overskuddet ikke ændres som funktion af energi. Dette aspekt var aldrig blevet observeret før og kunne forklares med mørkt stofs tilstedeværelse fortolkning af mørkt stof. Dette skyldes, at vi mener, at partiklerne, der udgør den mørke stof-halo, bør have lignende energier. Analysen viser tydeligt, at overskuddet af gammastråler er koncentreret i det galaktiske centrum, præcis, hvad vi ville forvente at finde i hjertet af Mælkevejen, hvis mørkt stof i virkeligheden er en ny slags partikel."

En anden undersøgelse, som vil blive publiceret i samme tidsskrift, undersøger gyldigheden af ​​hypotesen om mørkt stof ved hjælp af forudsigelserne fra en større model, der beskriver mulige partikelinteraktioner af denne undvigende komponent af universet. En teoretisk model viste, hvordan eksistensen af ​​mørkt stof partikler ikke modbevises af andre anomalier registreret i den astrofysiske baggrund. Disse omfatter overskuddet af positroner målt af Pamela og AMS-02, hvis det tilskrives et overskud af mørkt stof, og manglende detektering af højenergifotoner fra dværggalakser tæt på vores, hvis stjernebevægelser antyder tilstedeværelsen af ​​høje koncentrationer af mørkt stof.

Di Mauro siger, "Med udgangspunkt i den fysiske model udviklet i denne anden undersøgelse, efter at have overvejet forskellige resultater for interaktion og udslettelse af mørkt stof partikler, alternativer, der går forud for produktionen af ​​højenergifotoner, vi verificerede hvilken af ​​disse muligheder, der bedst passer til det galaktiske centers overskydende gammastråler, mens man også overvejer overskuddet af positroner og ikke-detektering af gammastråler fra dværggalakser. Denne sammenligning har gjort det muligt at udlede nøjagtige egenskaber af det mørke stof, egenskaber, der er kompatible med det galaktiske centeroverskud og de øvre grænser fundet med andre partikeldata."