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El exceso de rayos gamma captado por el telescopio espacial Fermi no sería materia oscura

La señal de materia oscura de la Vía Láctea serían púlsares

En febrero de 2015 una investigación conjunta de centros de varios países, incluido el CSIC, anunciaron que habían descubierto materia oscura en la parte más interna de la Vía Láctea, lo que incluía este nuestro planeta y lo que nos rodea. Hasta ese momento, la materia oscura era un elemento “familiar” en los exteriores de la Vía Láctea, pero no en el interior, especialmente porque desde nuestra posición en el Universo resulta muy complejo hacer las mediciones necesarias para determinar su presencia.

Más recientemente, en marzo de 2016 el telescopio espacial Fermi detectó señales de rayos gamma procedentes del centro de nuestra galaxia, y en  febrero de 2017 también del centro de la galaxia de Andrómeda. Ambos descubrimientos se asociaron inmediatamente con la presencia potencial de materia oscura que, aunque representa el 85% del Universo, es de difícil detección.

Un trabajo reciente desmonta la hipótesis anterior, y revela que ese exceso de rayos gamma procedente de centro de la Vía Láctea podría deberse a una población de púlsares, que son núcleos extraordinariamente densos y de giro muy rápido de estrellas antiguas colapsadas, que fueron hasta 30 veces más masivas que nuestro Sol.

Este estudio viene a demostrar, según Mattia Di Mauro, del Instituto Kavle para Astrofísica y Cosmología de Partículas (KIPAC), que “no necesitamos materia oscura para entender las emisiones de rayos gamma de nuestra galaxia“. En cambio, explica Di Mauro, “hemos identificado una población de púlsares en la región alrededor del centro galáctico, que arroja nueva luz sobre la historia de la formación de la Vía Láctea“.

La materia oscura

Estamos ante uno de los mayores misterios a los que se enfrenta la física moderna. Se sabe que existe porque distorsiona la luz procedente de galaxias distantes y afecta el giro de las galaxias, pero no se sabe de qué está compuesta. Muchos científicos creen que se trata de partículas aún no descubiertas y que no suelen interactuar con la materia conocida, a excepción de la Gravedad, por lo que es tremendamente difícil detectarla.

Una de las formas que tenemos de detectar materia oscura es a través de instrumentos capaces de captar el momento en el que las partículas se desintegran o chocan, destruyéndose entre sí. Según explica Seth Digel, jefe del grupo Fermi de KIPAC, “las teorías más estudiadas predicen que estos procesos generan rayos gamma”. Por esa razón se usa el LAT Fermi (Large Area Telescope) para buscar esa radiación en regiones del Universo que son ricas en materia oscura, como podría ser el centro de nuestra propia galaxia.

En estudios previos se ha visto que hay más rayos gamma procedentes del centro de la galaxia de lo que se esperaba, por lo que muchos científicos sugirieron que podría tratarse de materia oscura, sin embargo, los rayos gamma pueden originarse a causa de otro tipo de procesos cósmicos, y son esos procesos los que hay que descartar antes de aventurar la presencia de materia oscura.

Los púlsares

La mayor parte de los rayos gamma de la Vía Láctea se producen en el gas que hay entre las estrellas al iluminarse por los rayos cósmicos (partículas cargadas generadas tras la explosión de las supernovas,- pero también de púlsares- creando un brillo difuso de rayos gamma que se extiende por toda la galaxia). En dos estudios recientes realizados por investigadores de EE.UU. y los Países Bajos han demostrado ya que el exceso de rayos gamma en el centro de la galaxia arroja una imagen moteada, y no lisa como cabría esperar en una señal proveniente de materia oscura. Eric Charles, de KIPAC señala que “estos resultados sugieren que las manchas pueden ser debidas a fuentes puntuales  que no podemos ver como fuentes individuales con el LAT porque la densidad de las fuentes de rayos gamma es muy elevada y el resplandor difuso es más brillante en el centro galáctico“.

La señal moteada no encaja con la que debería proyectar la materia oscura, pero sí con la de los púlsares. El equipo ha usado una de las propiedades físicas de los púlsares para llegar a esa conclusión. Los púlsares tienen espectros diferentes, sus emisiones varían de forma específica según la energía de los rayos gamma que emiten. Usando la forma de esos espectros fueron capaces de relacionar correctamente el resplandor del centro galáctico con una población de unos 1.000 púlsares sin tener que introducir procesos que involucraran partículas de materia oscura.

El equipo sigue ahora trabajando para seguir con los telescopios las fuentes de emisión de esa luz y averiguar si la están emitiendo como breves pulsos de luz, que es una señal característica de los púlsares. El haber hecho descubrimientos también en el halo de estrellas que hay alrededor del centro de la galaxia (la parte más antigua de la Vía Láctea) ayuda igualmente a conocer más detalles sobre la evolución de nuestra galaxia, de la misma manera que los antiguos restos revelan información a los arqueólogos sobre la evolución humana.

 

Los púlsares aislados tienen una vida media de 10 millones de años, que es una edad relativamente corta en comparación con la de las estrellas más antiguas del centro galáctico. Eric Charles explica que el hecho de que aún no puedan ver los rayos gamma de la población de púlsares que han identificado ahora, sugiere que esos púlsares están en sistemas binarios con estrellas compañeras; de ellas es de las que se filtra la energía, haciendo que se extienda enormemente la vida de los púlsares.

Por su parte Digel apunta que si la señal de rayos gamma detectada se debiera a materia oscura, lo esperado sería encontrar lo mismo en el centro de otras galaxias. La señal debe ser particularmente clara en galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea. Se trata de galaxias con muy pocas estrellas, que habitualmente no tienen púlsares y se mantienen unidas porque tienen mucha materia oscura.

Asíu, en referencia al resplandor de rayos gamma recientemente descubierto en el centro de Andrómeda, la mayor galaxia más próxima a la Vía Láctea, también puede tener su origen en los púlsares, y no en la materia oscura como se pensaba.

Fuente: Phys.org

Imagen de portada: Cuando los astrofísicos modelan las fuentes de rayos gamma de la Vía Láctea se observa un brillo excesivo en el centro galáctico. Algunos investigadores han argumentado que la señal podría sugerir partículas hipotéticas de materia oscura. Sin embargo, también podría tener otros orígenes cósmicos. Crédito: NASA; A. Mellinger / Universidad Central de Michigan; T. Linden / Universidad de Chicago.

Imagen interna 1: Un exceso de rayos gamma procedentes del centro de la Vía Láctea ha alimentado las esperanzas de que la señal pueda provenir de hipotéticas partículas de materia oscura que chocan y se destruyen (a la izquierda). La radiación también podría ser producida por pulsares – rotación rápida de estrellas de neutrones con fuertes campos magnéticos (derecha). Crédito: Greg Stewart / SLAC Laboratorio Nacional de Aceleración.

Imagen interna 2: Distribución simulada de fuentes de rayos gamma en la región interior de 40 grados x 40 grados de la Vía Láctea con el centro galáctico en el centro. El mapa muestra los pulsares en el disco galáctico (estrellas rojas) y en la región central de la galaxia (círculos negros). Crédito: NASA / DOE / Fermi LAT colaboration.

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