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Estudo exclui a destruição da matéria escura como origem da radiação extra no centro da galáxia
Excesso de raios gama detectado pelo telescópio espacial Fermi após sua implantação em junho de 2008 aparece como um triaxial, estrutura semelhante a uma barra.
Por Universidade da Califórnia - 26/08/2020


A interpretação de um artista da Via Láctea mostra a distribuição “quadrada” de estrelas no Centro Galáctico. Uma equipe de físicos liderada pela UCI disse em um estudo recém-publicado que esta forma deixa muito pouco espaço para o excesso de radiação da destruição de partículas de matéria escura. Crédito: Oscar Macias para UCI

A detecção, há mais de uma década, pelo Telescópio Espacial Fermi Gamma Ray, de um excesso de radiação de alta energia no centro da Via Láctea convenceu alguns físicos de que estavam vendo evidências da aniquilação de partículas de matéria escura, mas uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia, Irvine, descartou essa interpretação.

Em um artigo publicado recentemente na revista Physical Review D , os cientistas da UCI e colegas do Virginia Polytechnic Institute e da State University e de outras instituições relatam que - por meio de uma análise dos dados do Fermi e uma série exaustiva de exercícios de modelagem - eles foram capazes de determinar que os raios gama observados não poderiam ter sido produzidos pelas chamadas partículas massivas de interação fraca, mais popularmente teorizadas como matéria escura.

Ao eliminar essas partículas, cuja destruição poderia gerar energias de até 300 giga-elétron-volts, afirmam os autores do artigo, eles impuseram as mais fortes restrições às propriedades da matéria escura.

"Por cerca de 40 anos, o principal candidato para matéria escura entre os físicos de partículas era uma partícula térmica, de interação fraca e de escala fraca, e este resultado pela primeira vez exclui esse candidato a partículas de massa muito alta", disse co -autor Kevork Abazajian, professor de física e astronomia da UCI.

"Em muitos modelos, essa partícula varia de 10 a 1.000 vezes a massa de um próton, com partículas mais massivas sendo menos atraentes teoricamente como uma partícula de matéria escura", acrescentou o co-autor Manoj Kaplinghat, também professor de física e astronomia da UCI. "Neste artigo, estamos eliminando candidatos à matéria escura em relação à faixa favorecida, o que é uma grande melhoria nas restrições que colocamos nas possibilidades de que sejam representativos da matéria escura."

Abazajian disse que os sinais de matéria escura podem ser eliminados por outros fenômenos astrofísicos no Centro Galáctico - como a formação de estrelas , a deflexão de raios cósmicos do gás molecular e, mais notavelmente, estrelas de nêutrons e pulsares de milissegundos - como fontes de excesso de raios gama detectados pelo Telescópio espacial Fermi.

"Vimos todas as modelagens diferentes que acontecem no Centro Galáctico, incluindo gás molecular, emissões estelares e elétrons de alta energia que espalham fótons de baixa energia", disse o coautor Oscar Macias, pós-doutorado em física e astronomia no Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo da Universidade de Tóquio, cuja visita à UCI em 2017 deu início a este projeto. "Levamos mais de três anos para reunir todos esses novos e melhores modelos e examinar as emissões, descobrindo que há pouco espaço para a matéria escura."

Esta representação de dados do Telescópio Espacial Fermi
Gamma Ray após seu lançamento em 2008 mostra um excesso
de radiação de alta energia no Centro Galáctico da Via Láctea.
Muitos físicos atribuíram isso à aniquilação de partículas de matéria
escura de interação fraca, mas um estudo liderado pela UCI excluiu
essa possibilidade por meio de uma gama de massas de partículas.
Crédito: Oscar Macias para UCI

Macias, que também é pesquisador de pós-doutorado no GRAPPA Center da Universidade de Amsterdã, acrescentou que este resultado não teria sido possível sem os dados e software fornecidos pela colaboração do Fermi Large Area Telescope.
 
O grupo testou todas as classes de modelos usados ​​na região do Centro Galáctico para análises de emissão em excesso e suas conclusões permaneceram inalteradas. “Seria preciso criar um modelo de emissão difusa que deixasse um grande 'buraco' neles para relaxar nossas restrições, e a ciência não funciona assim”, disse Macias.

Kaplinghat observou que os físicos previram que a radiação da aniquilação da matéria escura seria representada em uma forma esférica ou elíptica que emana do Centro Galáctico, mas o excesso de raios gama detectado pelo telescópio espacial Fermi após sua implantação em junho de 2008 aparece como um triaxial, estrutura semelhante a uma barra.

“Se você olhar para o Centro Galáctico, verá que as estrelas estão distribuídas de uma forma quadrada”, disse ele. "Há um disco de estrelas e bem no centro, há uma protuberância com cerca de 10 graus no céu, e é realmente uma forma muito específica - uma espécie de caixa assimétrica - e essa forma deixa muito pouco espaço para matéria escura adicional. "

Esta pesquisa descarta a existência de matéria escura na galáxia? "Não", disse Kaplinghat. "Nosso estudo restringe o tipo de partícula que a matéria escura poderia ser. As múltiplas linhas de evidência da matéria escura na galáxia são robustas e não afetadas por nosso trabalho."

Longe de considerar as descobertas da equipe desanimadoras, Abazajian disse que eles deveriam encorajar os físicos a se concentrarem em conceitos diferentes dos mais populares.

“Existem muitos candidatos alternativos de matéria escura por aí”, disse ele. "A busca vai ser mais como uma expedição de pesca onde você ainda não sabe onde estão os peixes."

 

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