En los últimos tiempos, diferentes misiones han detectado un exceso de rayos gamma en la región central de la Vía Láctea. Algo que no encajaba en las predicciones de los modelos. Aunque se han planteado diferentes soluciones, una en particular resulta realmente interesante: la materia oscura.
El exceso de rayos gamma y la relación con la materia oscura
En los análisis de la parte más energética del espectro electromagnético, en las misiones que se han llevado a cabo en los últimos tiempos, se ha detectado un exceso de rayos gamma. Proceden del centro de la Vía Láctea y nunca ha estado demasiado claro cuál podría ser su origen. Ahora, dos estudios llevados a cabo por Mattia di Mauro, un investigador de la división de Turín del INFN, profundizan en el papel de la materia oscura. La hipótesis plantea que se debería a esta enigmática forma de materia que es cuatro veces más abundante que la materia normal.
En uno de los estudios, explica que su planteamiento encajaría con el exceso de rayos gamma que se ha observado. Además, no se podría descartar simplemente achacándolo a una discrepancia entre las observaciones y la teoría. Los resultados se basan en un análisis comparativo refinado, utilizando datos recopilados durante once años. Fueron recogidos por el principal instrumento del Telescopio Fermi, de la NASA, junto a mediciones de otras anomalías estadísticas registradas por la sonda Pamela y un instrumento de la Estación Espacial Internacional.
Desde 2009, los instrumentos del Telescopio Fermi han mostrado un exceso de fotones con una energía igual o superior a 1 GeV (gigaelectronvoltio). Es decir, 2000 veces la masa de un electrón. Su origen se encuentra en el centro de nuestra galaxia y, desde entonces, se ha intentado explicar la observación de diferentes maneras. Desde la presencia de miles de pequeños púlsares, cerca del centro de la galaxia, o la mencionada contribución por parte de la materia oscura. Pero esos análisis estaban sujetos a un margen de error considerable.
Un modelo diferente para medir los rayos gamma
Esos análisis referenciaban a modelos de lo que se denomina fondo astrofísico de rayos gamma, producidos por rayos cósmicos u otras fuentes conocidas. Estos modelos son capaces de manejar una cierta variación en datos, pero están sujetos a un margen de error. Así que, para poder describir las propiedades del exceso de rayos gamma de una manera más precisa, y evaluar si es compatible con la materia oscura, en este estudio se opta por un camino diferente. Se utiliza el conjunto más amplio de datos del último año del Telescopio Fermi.
Después, se usa una técnica de análisis que minimiza la incertidumbre del fondo astrofísico al considerar varios modelos. Así, Mattia Di Mauro explica que el método utilizado ha dado información muy útil. Ha permitido entender la distribución espacial de ese exceso de rayos gamma. Algo que, a su vez, puede explicar qué genera ese exceso de fotones de alta energía en el centro de la galaxia. Si el exceso se debiese, por ejemplo, a la interacción de rayos cósmicos con átomos, se esperaría observar una mayor distribución espacial en energías más bajas.
Así como una difusión más baja en energías más altas por la propagación de las partículas cósmicas. En su estudio, sin embargo, observa que la distribución espacial no cambia en función de la energía. Es algo que no se había observado antes y que podría explicarse por la presencia de materia oscura. El investigador añade, además, que se debería a que las partículas que forman la corona de materia oscura tendrían una energía similar. Además, ese exceso se esperaría encontrar precisamente en el centro de la galaxia. Todo parece encajar.
Otro estudio en camino
En un segundo estudio, que se publicará en la misma revista, Di Mauro repasa la validez de la hipótesis de la materia oscura recurriendo a predicciones de un modelo más grande. En él se describen las posibles interacciones de este esquivo componente del cosmos. Un modelo teórico ya demostraba que la existencia de partículas de materia oscura no queda desmentida por otras anomalías que se puedan observar en el fondo astrofísico. Esto incluye cosas como un exceso de positrones, detectado por la sonda Pamela y desde la Estación Espacial Internacional.
Ese exceso se podría deber a una cantidad elevada de materia oscura. Otro ejemplo sería la ausencia de fotones de alta energía en las galaxias enanas a nuestro alrededor, a pesar de que el movimiento de las estrellas de estas galaxias indica que debería haber una gran concentración de materia oscura. Por ello, el investigador explica que se ha trabajado a fondo en el modelo físico desarrollado en el segundo estudio. En él se tienen en cuenta diferentes factores para poder verificar que, realmente, la materia oscura estaría implicada.
Sea como fuere, todo esto nos lleva, principalmente, a ver que la materia oscura puede intuirse de más formas que a través de su influencia gravitacional. Siendo uno de los componentes más abundantes del universo, tampoco parece descabellado suponer que se manifestará en fenómenos como el descrito aquí. Pero, para ver hacia dónde nos lleva esto, habrá que seguir prestando atención a los desarrollos en los próximos años. La materia oscura es uno de los campos más interesantes de la astronomía, pero sigue siendo muy desconocida…
Estudios
Los estudios son:
Mattia Di Mauro; «Characteristics of the Galactic Center excess measured with 11 years of Fermi-LAT data». Publicado en la revista Physical Review D el 22 de marzo de 2021. Puede consultarse en arXiv, en este enlace.
M. Di Mauro, M. Winkler; «Multimessenger constraints on the dark matter interpretation of the Fermi-LAT Galactic center excess». Será publicado en la revista Physical Review D y ya puede consultarse en arXiv, en este enlace.
Referencias: Phys
