Os raios gama vindos do centro da Via Láctea não são indício de matéria escura

EurekAlert

Galactic center’s gamma rays unlikely to originate from dark matter, evidence shows

PRINCETON UNIVERSITY

Estudos independentes feitos por grupos nos EUA e na Holanda, indicam que o excesso observado de raios gama vindos do meio da galáxia, provavelmente vêm de uma fonte ainda não conhecida e não de matéria escura. Os melhores candidatos a serem tais fontes são estrelas de nêutrons que giram muito rápido, o que será o alvo principal dos estudos que se seguirão. Os grupos de Princeton/MIT e o da Holanda se valeram de duas técnicas diferentes, ruído não Poissoniano e tranformações de wavelets, respectivamente, para determinarem independentemente se os sinais eram ou não devidos à auto-aniquilação da matéria escura.
Imagem cortesia de Christoph Weniger


Jatos de raios gama vindos do centro de nossa galáxia provavelmente não são sinais de matéria escura, mas sim de outros fenômenos astrofísicos tais como estrelas de nêutrons de alta rotação, chamadas de pulsares de milissegundo – é o que apontam dois novos estudos, um de uma equipe com base na Universidade Princeton e no Massachusetts Institute of Technology, o outro com base na Holanda.

Estudos anteriores sugeriam que os raios gama vindos da densa região do espaço na Via Láctea interior, poderiam ser causados pela colisão das invisíveis partículas de matéria escura. No entanto, usando novos métodos de análise estatística, as duas equipes de pesquisas descobriram de maneira independente que os sinais de raios gama não têm as características esperadas para sinais de colisão de partículas de matéria escura. Ambas as equipes relataram suas descobertas na edição desta semana de Physical Review Letters.

“Nossa análise sugere que o que estamos observando são indícios de uma nova fonte astrofísica de raios gama no centro da galáxia”, disse said Mariangela Lisanti, professora assistente de física em Princeton. “Esta é uma região muito complicada do céu e existem outros sinais astrofísicos que podem ser confundidos com sinais de matéria escura”.

Acredita-se que existe matéria escura no centro da Via Láctea porque nele reside uma grande concentração de massa, inclusive densos aglomerados de estrelas e um buraco negro. Uma descoberta conclusiva da ocorrência de colisões de partículas de matéria escura seria um enorme passo para a nossa compreensão do universo. “Se encontrássemos indícios diretos dessas colisões, isto seria interessante porque nos ajudaria a compreender o relacionamento entre a matéria escura e a matéria comum”, explicou Benjamin Safdi, pesquisador pós-doutorado no MIT que obteve seu Ph.D. em 2014 em Princeton.

Para dizer se os sinais eram provenientes de matéria escura ou de outras fontes, a equipe de pesquisa Princeton/MIT se voltou para técnicas de processamento de imagens. Eles procuraram por com o que os raios gama deveriam se parecer, se viessem realmente da colisão das hipotéticas partículas de matéria escura, as weakly interacting massive particles, ou WIMPs. Para a análise, Lisanti, Safdi e Samuel Lee, um antigo pesquisador pós-doutoral de Princeton, que agora está no Broad Institute, juntamente com os colegas Wei Xue e Tracy Slatyer do MIT, estudaram imagens dos raios gama capturadas pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, que vem mapeando esses raios desde 2008.

Acredita-se que as partículas de matéria escura perfaçam uns 85% da massa do universo, porém elas jamais foram detectadas. A colisão de duas WIMPs, de acordo com um modelo largamente aceito de matéria escura, faz com que elas se aniquilem, produzindo raios gama que são o tipo mais energético de luz que há no universo.

De acordo com esse modelo, as partículas de luz (fótons) de alta energia, ficariam suavemente distribuídos entre os pixels das imagens capturadas pelo Telescópio Fermi. Por outro lado, outras fontes, tais como estrelas de grande rotação, conhecidas como pulsares, liberam jatos de luz que são observados como pixels brilhantes e isolados.

Os pesquisadores aplicaram seu método de análise estatística às imagens coletadas pelo Telscópio Fermi e descobriram que a distribuição dos fótons era granulada, em lugar de suave, o que indicava que os raios gama provavelmente não eram causados por colisões de partículas de matéria escura.

O que são exatamente essas novas fontes, é o que não se sabe, segundo Lisanti, mas uma possibilidade é que sejam estrelas de alta rotação, muito velhas, conhecidas como pulsares de milissegundo. Ela diz ainda que será possível explorar a fonte dos raios gama usando-se outros tipos de pesquisa astronômica que envolvem telescópios que detectam rádio-frequências.

Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física na Universidade Harvard e que não esteve diretamente envolvido com o presente estudo, declarou que, embora a descoberta comlique a busca pela matéria escura, leva a outras áreas para descobertas. “Nosso trabalho como astrofísicos é caracterizar o que observamos no universo, não obter algum resultado predeterminado e desejado. É claro que seria excelente encontrar matéria escura, mas apenas visualizar o que acontece lá fora e fazer novas descobertas é, por sí só, entusiasmante”.

Segundo Christoph Weniger da Universidade de Amsterdam e principal autor do estudo holandês, a descoberta é uma situação ganhar-ganhar: “Ou vamos encontrar centenas ou milhares de pulsares de milissegundo na próxima década – lançando luzes sobre a história da Via Láctea – ou não vamos encontrar coisa alguma. Neste último caso, uma explicação com base em matéria escura para o excesso de raios gama ficará muito mais óbvia”.

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