La materia oscura, la sustancia misteriosa que constituye la mayor parte del universo material, sigue siendo tan evasiva como siempre. Aunque los experimentos en el suelo y en el espacio aún no han encontrado rastros de materia oscura, los resultados están ayudando a los científicos a descartar algunas de lasmuchas posibilidades teóricas. Tres estudios publicados a principios de este año, utilizando seis o más años de datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, han ampliado la búsqueda de materia oscura de la misión utilizando algunos enfoques novedosos.
"Hemos buscado a los sospechosos habituales en los lugares habituales y no hemos encontrado señales sólidas, por lo que hemos comenzado a buscar de formas nuevas y creativas", dijo Julie McEnery, científica del proyecto Fermi en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt,Maryland ". Con estos resultados, Fermi ha excluido a más candidatos, ha demostrado que la materia oscura puede contribuir a solo una pequeña parte del fondo de rayos gamma más allá de nuestra galaxia, la Vía Láctea, y ha producido fuertes límites para las partículas de materia oscura en elsegunda galaxia más grande que lo orbita "
La materia oscura no emite ni absorbe luz, interactúa principalmente con el resto del universo a través de la gravedad, pero representa aproximadamente el 80 por ciento de la materia en el universo. Los astrónomos ven sus efectos en todo el cosmos, en la rotación de las galaxias, enla distorsión de la luz que pasa a través de los cúmulos de galaxias y en las simulaciones del universo primitivo, que requieren la presencia de materia oscura para formar galaxias.
Los principales candidatos para la materia oscura son diferentes clases de partículas hipotéticas. Los científicos creen que los rayos gamma, la forma de luz de mayor energía, pueden ayudar a revelar la presencia de algunos tipos de partículas de materia oscura propuestas. Anteriormente, Fermi había buscadoseñales de rayos gamma asociadas a la materia oscura en el centro de nuestra galaxia y en pequeñas galaxias enanas en órbita alrededor de la nuestra. Aunque no se encontraron señales convincentes, estos resultados eliminaron candidatos dentro de un rango específico de masas y tasas de interacción, limitando aún más la posibilidadcaracterísticas de las partículas de materia oscura.
Entre los nuevos estudios, el escenario más exótico investigado fue la posibilidad de que la materia oscura pudiera consistir en partículas hipotéticas llamadas axiones u otras partículas con propiedades similares. Un aspecto intrigante de las partículas similares a los axiones es su capacidad para convertirse en rayos gamma y viceversanuevamente cuando interactúan con fuertes campos magnéticos. Estas conversiones dejarían rastros característicos, como huecos o escalones, en el espectro de una fuente de rayos gamma brillantes.
Manuel Meyer, de la Universidad de Estocolmo, dirigió un estudio para buscar estos efectos en los rayos gamma de NGC 1275, la galaxia central del cúmulo de galaxias Perseus, ubicado a unos 240 millones de años luz de distancia. Se cree que las emisiones de alta energía de NGC 1275para asociarse con un agujero negro supermasivo en su centro. Al igual que todos los cúmulos de galaxias, el cúmulo de Perseo está lleno de gas caliente enhebrado con campos magnéticos, lo que permitiría el cambio entre los rayos gamma y las partículas similares a los axiones.los rayos que provienen de NGC 1275 podrían convertirse en axiones, y posiblemente de nuevo, a medida que avanzan hacia nosotros.
El equipo de Meyer recolectó observaciones del Telescopio de área grande LAT de Fermi y buscó distorsiones pronosticadas en la señal de rayos gamma. Los hallazgos, publicados el 20 de abril en Physical Review Letters, excluyen un pequeño rango de partículas similares a axiones que podrían haber comprendidoalrededor del 4 por ciento de la materia oscura.
"Si bien aún no sabemos qué es la materia oscura, nuestros resultados muestran que podemos sondear modelos similares a axiones y proporcionar las restricciones más fuertes hasta la fecha para ciertas masas", dijo Meyer. "Sorprendentemente, alcanzamos una sensibilidad que pensamos que seríasolo será posible en un experimento de laboratorio dedicado, que es un gran testimonio de Fermi ".
Otra clase amplia de candidatos de materia oscura se denominan partículas masivas de interacción débil WIMP, por sus siglas en inglés. En algunas versiones, los WIMP que colisionan se aniquilan mutuamente o producen una partícula intermedia en descomposición rápida. Ambos escenarios dan como resultado rayos gamma que pueden ser detectados por el LAT.
Regina Caputo de la Universidad de California, Santa Cruz, buscó estas señales de la Pequeña Nube de Magallanes SMC, que se encuentra a unos 200,000 años luz de distancia y es la segunda más grande de las pequeñas galaxias satélite que orbitan la Vía Láctea.Parte del atractivo del SMC para una búsqueda de materia oscura es que se encuentra comparativamente cerca de nosotros y su emisión de rayos gamma de fuentes convencionales, como la formación de estrellas y púlsares, se entiende bien. Lo más importante, los astrónomos tienen mediciones de alta precisión de los SMCcurva de rotación, que muestra cómo su velocidad de rotación cambia con la distancia desde su centro e indica cuánta materia oscura está presente En un artículo publicado en Physical Review D el 22 de marzo, Caputo y sus colegas modelaron el contenido de materia oscura del SMC, mostrandoposeía suficiente para producir señales detectables para dos tipos de WIMP.
"El LAT definitivamente ve los rayos gamma del SMC, pero podemos explicarlos a través de fuentes convencionales", dijo Caputo. "No se encontró ninguna señal de aniquilación de materia oscura estadísticamente significativa".
En el tercer estudio, los investigadores dirigidos por Marco Ajello en la Universidad de Clemson en Carolina del Sur y Mattia Di Mauro en el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC en California tomaron la búsqueda en una dirección diferente. En lugar de mirar objetivos astronómicos específicos, el equipo usó más de6.5 años de datos LAT para analizar el brillo de fondo de los rayos gamma vistos en todo el cielo.
La naturaleza de esta luz, llamada fondo de rayos gamma extragaláctico EGB se ha debatido desde que fue medida por primera vez por el Pequeño satélite de astronomía 2 de la NASA a principios de la década de 1970. Fermi ha demostrado que gran parte de esta luz proviene de rayos gamma no resueltos.fuentes de rayos, particularmente galaxias llamadas blazars, que son alimentadas por material que cae hacia agujeros negros gigantescos. Blazars constituyen más de la mitad del total de fuentes de rayos gamma vistos por Fermi, y representan una participación aún mayor en un nuevo catálogo LAT delrayos gamma de mayor energía.
Algunos modelos predicen que los rayos gamma EGB podrían surgir de interacciones distantes de partículas de materia oscura, como la aniquilación o la descomposición de WIMP. En un análisis detallado de los rayos gamma EGB de alta energía, publicado el 14 de abril en Physical Review Letters, Ajello ysu equipo muestra que los blazars y otras fuentes discretas pueden explicar casi toda esta emisión.
"Hay muy poco espacio para las señales de fuentes exóticas en el fondo extragaláctico de rayos gamma, lo que a su vez significa que cualquier contribución de estas fuentes debe ser bastante pequeña", dijo Ajello. "Esta información puede ayudarnos a poner límites acon qué frecuencia las partículas WIMP chocan o se descomponen "
Aunque estos últimos estudios han surgido con las manos vacías, la búsqueda para encontrar materia oscura continúa tanto en el espacio como en los experimentos en tierra. Fermi se une en su búsqueda por el Espectrómetro Alfa Magnético de la NASA, un detector de partículas en la Estación Espacial Internacional.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NASA / Centro de vuelo espacial Goddard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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