Los astrofísicos han llegado un paso más cerca de comprender el origen de un tenue resplandor de rayos gamma que cubren el cielo nocturno. Descubrieron que esta luz es más brillante en regiones que contienen mucha materia y más tenue donde la materia es más escasa, una correlación quepodría ayudarlos a reducir las propiedades de los objetos astrofísicos exóticos y la materia oscura invisible.
El resplandor, conocido como fondo de rayos gamma no resuelto, proviene de fuentes tan débiles y lejanas que los investigadores no pueden identificarlas individualmente. Sin embargo, el hecho de que los lugares donde se originan estos rayos gamma coinciden con el lugar donde se encuentra la masaencontrado en el universo distante podría ser una pieza clave del rompecabezas para identificar esas fuentes.
"El fondo es la suma de muchas cosas 'por ahí' que producen rayos gamma. Habiendo podido medir por primera vez su correlación con la lente gravitacional, pequeñas distorsiones de imágenes de galaxias lejanas producidas por la distribución deimporta - nos ayuda a desenredarlos ", dijo Simone Ammazzalorso, de la Universidad de Turín y el Instituto Nacional de Física Nuclear INFN en Italia, que codirigió el análisis.
El estudio utilizó datos de un año del Dark Energy Survey DES, que toma imágenes ópticas del cielo, y nueve años de datos del Telescopio espacial de rayos gamma Fermi, que observa los rayos gamma cósmicos mientras orbita la Tierra.
"Lo que es realmente intrigante es que la correlación que medimos no coincide completamente con nuestras expectativas", dijo Daniel Gruen, compañero de Panofsky, del Instituto Kavli de Astrofísica y Cosmología de Partículas KIPAC en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía y la Universidad de Stanford, quien dirigió el análisis para la colaboración DES. "Esto podría significar que necesitamos ajustar nuestros modelos existentes para objetos que emiten rayos gamma, o podría indicar otras fuentes, como la materia oscura".
El estudio fue aceptado hoy para su publicación en Cartas de revisión física .
Dos 'ojos' sensibles en el cielo
La radiación gamma, la forma de luz más energética, se produce en una amplia gama de fenómenos cósmicos, a menudo extremadamente violentos, como estrellas en explosión, densas estrellas de neutrones que giran a altas velocidades y potentes haces de partículas que salen de las galaxias activas.cuyos agujeros negros supermasivos centrales engullen la materia.
Otra fuente potencial es la materia oscura invisible, que se cree que constituye el 85 por ciento de toda la materia en el universo. Podría producir rayos gamma cuando las partículas de materia oscura se encuentran y se destruyen entre sí en el espacio.
El Telescopio de Área Grande LAT a bordo de la nave espacial Fermi es un "ojo" altamente sensible para la radiación gamma, y sus datos proporcionan un mapa detallado de las fuentes de rayos gamma en el cielo.
Pero cuando los científicos restan todas las fuentes que ya conocen, su mapa está lejos de estar vacío; todavía contiene un fondo de rayos gamma cuyo brillo varía de una región a otra.
"Desafortunadamente, los rayos gamma no tienen una etiqueta que nos diga de dónde vienen", dijo Gruen. "Es por eso que necesitamos información adicional para desentrañar su origen".
Ahí es donde entra DES. Con su cámara de energía oscura de 570 megapíxeles, montada en el telescopio Victor M. Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile, captura imágenes de cientos de millones de galaxias.las formas exactas les dicen a los investigadores cómo la atracción gravitacional de la materia dobla la luz en el universo, un efecto que se muestra como pequeñas distorsiones en las imágenes de galaxias, conocidas como lentes gravitacionales débiles. En base a estos datos, los investigadores del DES crean los mapas más detallados hasta el momentomateria en el cosmos.
En el nuevo estudio, los científicos superpusieron los mapas Fermi y DES, que revelaron que los dos no son independientes. El fondo de rayos gamma no resuelto es más intenso en regiones con más materia y menos intenso en regiones con menos materia.
"El resultado en sí no es sorprendente. Esperamos que haya más procesos de producción de rayos gamma en regiones que contienen más materia, y hemos estado prediciendo esta correlación durante un tiempo", dijo Nicolao Fornengo, uno de los supervisores de Ammazzalorso en Turín"Pero ahora hemos logrado detectar esta correlación por primera vez, y podemos usarla para comprender qué causa el fondo de rayos gamma".
Indicación potencial de materia oscura
Una de las fuentes más probables para el resplandor de rayos gamma son los blazares muy distantes: galaxias activas con agujeros negros supermasivos en sus centros. A medida que los agujeros negros tragan la materia circundante, arrojan chorros de plasma y rayos gamma de alta velocidad que, si los chorros nos apuntan, son detectados por la nave espacial Fermi.
Blazars sería la suposición más simple, pero los nuevos datos sugieren que una población simple de blazars podría no ser suficiente para explicar la correlación observada entre los rayos gamma y la distribución de masa, dijeron los investigadores.
"De hecho, nuestros modelos de emisiones de blazars pueden explicar bastante bien la parte de baja energía de la correlación, pero vemos desviaciones para los rayos gamma de alta energía", dijo Gruen. "Esto puede significar varias cosas: podría indicarque necesitamos mejorar nuestros modelos para blazars o que los rayos gamma podrían provenir de otras fuentes ".
Una de estas otras fuentes podría ser materia oscura. Una teoría líder predice que el material misterioso está hecho de partículas masivas que interactúan débilmente, o WIMP, que podrían aniquilarse entre sí en un destello de rayos gamma cuando colisionan. Rayos gamma de cierta materiaPor lo tanto, las regiones cósmicas ricas podrían provenir de estas interacciones de partículas.
La idea de buscar firmas de rayos gamma de WIMP aniquiladores no es nueva. En los últimos años, los científicos los han buscado en varios lugares que se cree que contienen mucha materia oscura, incluido el centro de la Vía Láctea ylas galaxias compañeras de la Vía Láctea. Sin embargo, estas búsquedas aún no han producido señales identificables de materia oscura. Los nuevos resultados podrían usarse para búsquedas adicionales que prueben la hipótesis WIMP.
Planificación de los siguientes pasos
Aunque la probabilidad de que la correlación medida sea solo un efecto aleatorio es solo de uno en mil, los investigadores necesitan más datos para un análisis concluyente.
"Estos resultados, que conectan por primera vez nuestros mapas de rayos gamma y materia, son muy interesantes y tienen mucho potencial, pero en este momento la conexión sigue siendo relativamente débil, y uno tiene que interpretar los datos cuidadosamente".dijo la directora de KIPAC, Risa Wechsler, que no participó en el estudio.
Una de las principales limitaciones del análisis actual es la cantidad de datos de lentes disponibles, dijo Gruen. "Con datos de 40 millones de galaxias, DES ya ha llevado esto a un nuevo nivel, y es por eso que pudimos hacer el análisisen primer lugar. Pero necesitamos mediciones aún mejores ", dijo.
Con su próximo lanzamiento de datos, DES proporcionará datos de lentes para 100 millones de galaxias, y el futuro Gran Telescopio de Estudio Sinóptico LSST analizará miles de millones de galaxias en una región mucho más grande del cielo.
"Nuestro estudio demuestra con datos reales que podemos usar la correlación entre las distribuciones de materia y los rayos gamma para aprender más sobre las causas del fondo de los rayos gamma", dijo Fornengo. "Con más datos DES, LSST en línea y otrosproyectos como el telescopio espacial Euclides en el horizonte, podremos profundizar mucho en nuestra comprensión de las fuentes potenciales ".
Entonces, los científicos podrían saber si algo de ese brillo de rayos gamma proviene de la autodestrucción de la materia oscura.
DES es un proyecto internacional con más de 400 científicos de 25 instituciones en 7 países, que se han unido para llevar a cabo la encuesta. Parte del proyecto fue financiado por la Oficina de Ciencia del DOE y la Fundación Nacional de Ciencia. Fermi Gamma-ray de la NASASpace Telescope es un observatorio espacial internacional y de múltiples agencias. El análisis utilizó datos de Fermi-LAT que fueron publicados públicamente por la colaboración internacional de LAT.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio nacional de aceleración DOE / SLAC . Original escrito por Manuel Gnida. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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