El ochenta y cinco por ciento del universo está compuesto de materia oscura, pero no sabemos qué es exactamente.
Un nuevo estudio de la Universidad de Michigan, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley Berkeley Lab y la Universidad de California, Berkeley ha descartado que la materia oscura sea responsable de misteriosas señales electromagnéticas observadas previamente desde galaxias cercanas. Antes de este trabajo había grandes esperanzasque estas señales darían a los físicos pruebas contundentes para ayudar a identificar la materia oscura.
La materia oscura no se puede observar directamente porque no absorbe, refleja o emite luz, pero los investigadores saben que existe debido al efecto que tiene sobre otra materia. Necesitamos materia oscura para explicar las fuerzas gravitacionales que mantienen unidas las galaxias, porejemplo.
Los físicos han sugerido que la materia oscura es un primo estrechamente relacionado del neutrino, llamado neutrino estéril. Los neutrinos, partículas subatómicas sin carga y que rara vez interactúan con la materia, se liberan durante las reacciones nucleares que tienen lugar dentro del sol.una pequeña cantidad de masa, pero esta masa no se explica por el Modelo Estándar de Física de Partículas. Los físicos sugieren que el neutrino estéril, una partícula hipotética, podría explicar esta masa y también ser materia oscura.
Los investigadores deberían poder detectar el neutrino estéril porque es inestable, dice Ben Safdi, coautor y profesor asistente de física en la UM. Se descompone en neutrinos ordinarios y radiación electromagnética. Para detectar la materia oscura, entonces, los físicos escaneangalaxias para buscar esta radiación electromagnética en forma de emisión de rayos X.
En 2014, un trabajo seminal descubrió un exceso de emisión de rayos X de galaxias y cúmulos de galaxias cercanos. La emisión parecía ser consistente con la que surgiría de la materia oscura de neutrinos estériles en descomposición, dijo Safdi
Ahora, un metaanálisis de datos sin procesar tomado por el telescopio de rayos X espacial XMM-Newton de objetos en la Vía Láctea durante un período de 20 años no ha encontrado evidencia de que el neutrino estéril sea lo que comprende la materia oscura. El equipo de investigaciónincluye al estudiante de doctorado de la UM Christopher Dessert y Nicholas Rodd, físico del grupo de teoría Berkley Lab y del Centro Berkley de Física Teórica. Sus resultados se publican en la revista ciencia .
"Este artículo y trabajos de seguimiento de 2014 confirmaron que la señal generó un gran interés en las comunidades de astrofísica y física de partículas debido a la posibilidad de saber, por primera vez, con precisión qué materia oscura hay a nivel microscópico".Safdi dijo: "Nuestro hallazgo no significa que la materia oscura no sea un neutrino estéril, pero significa que, al contrario de lo que se afirmó en 2014, no hay evidencia experimental hasta la fecha que apunte a su existencia".
Los telescopios de rayos X basados en el espacio, como el telescopio XMM-Newton, apuntan a entornos ricos en materia oscura para buscar esta débil radiación electromagnética en forma de señales de rayos X. El descubrimiento de 2014 llamó a la emisión de rayos Xla "línea de 3.5 keV" - keV significa kilovoltiovoltios - debido a dónde apareció la señal en los detectores de rayos X.
El equipo de investigación buscó esta línea en nuestra Vía Láctea utilizando 20 años de datos de archivo tomados por el telescopio de rayos X espacial XMM-Newton. Los físicos saben que la materia oscura se acumula alrededor de las galaxias, así que cuando los análisis anteriores observaron galaxias y galaxias cercanasgrupos, cada una de esas imágenes habría capturado alguna columna del halo de materia oscura de la Vía Láctea.
El equipo utilizó esas imágenes para observar la parte "más oscura" de la Vía Láctea. Esto mejoró significativamente la sensibilidad de los análisis anteriores que buscaban materia oscura de neutrinos estériles, dijo Safdi.
"Dondequiera que miremos, debería haber un flujo de materia oscura del halo de la Vía Láctea", dijo Rodd del Laboratorio Berkeley, debido a la ubicación de nuestro sistema solar en la galaxia. "Explotamos el hecho de que vivimos en un halo demateria oscura "en el estudio.
Christopher Dessert, coautor del estudio que es investigador de física y estudiante de doctorado en la UM, dijo que los cúmulos de galaxias donde se ha observado la línea de 3.5 keV también tienen grandes señales de fondo, que sirven como ruido en las observaciones y pueden haceres difícil identificar señales específicas que pueden estar asociadas con la materia oscura.
"La razón por la que estamos mirando a través del halo de materia oscura galáctica de nuestra galaxia, la Vía Láctea es que el fondo es mucho más bajo", dijo Dessert.
Por ejemplo, XMM-Newton ha tomado imágenes de objetos aislados como estrellas individuales en la Vía Láctea. Los investigadores tomaron estas imágenes y enmascararon los objetos de interés original, dejando ambientes prístinos y oscuros para buscar el resplandor de la materia oscuraLa descomposición de 20 años de tales observaciones permitió una sonda de materia oscura de neutrinos estériles a niveles sin precedentes.
Si los neutrinos estériles fueran materia oscura, y si su descomposición condujera a una emisión de la línea de 3.5 keV, Safdi y sus colegas investigadores deberían haber observado esa línea en su análisis. Pero no encontraron evidencia de materia oscura de neutrinos estériles.
"Si bien este trabajo, desafortunadamente, arroja agua fría sobre lo que podría haber sido la primera evidencia de la naturaleza microscópica de la materia oscura, abre un enfoque completamente nuevo para buscar materia oscura que podría conducir a undescubrimiento en el futuro cercano ", dijo Safdi.
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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