Os físicos do MIT estão reacendendo a possibilidade, que eles haviam apagado anteriormente, de que uma explosão brilhante de raios gama no centro de nossa galáxia possa ser o resultado da matéria escura, afinal.
Durante anos, os físicos conhecem um excedente misterioso de energia no centro da Via Láctea, na forma de raios gama – as ondas mais energéticas do espectro eletromagnético. Esses raios são normalmente produzidos pelos objetos mais quentes e extremos do universo, como supernovas e pulsares.
Os raios gama são encontrados no disco da Via Láctea e, na maioria das vezes, os físicos entendem suas fontes. Mas há um brilho de raios gama no centro da Via Láctea, conhecido como excesso de centro galáctico, ou GCE, com propriedades difíceis de explicar para os físicos, dado o que sabem sobre a distribuição de estrelas e gás na galáxia.
Existem duas possibilidades principais para o que pode estar produzindo esse excesso: uma população de estrelas de nêutrons de alta energia e rotação rápida, conhecidas como pulsares, ou, uma mais atraente: uma nuvem concentrada de matéria escura, colidindo consigo mesma para produzir um excesso de raios gama .
Em 2015, uma equipe da Universidade do MIT-Princeton, incluindo o professor associado de física Tracy Slatyer e os pós-doutorados Benjamin Safdi e Wei Xue, se manifestaram a favor dos pulsares. Os pesquisadores analisaram observações do centro galáctico do Telescópio Espacial Fermi de raios gama, usando um “modelo de fundo” que eles desenvolveram para descrever todas as interações de partículas na galáxia que poderiam produzir raios gama. Eles concluíram, de maneira definitiva, que o ECG era provavelmente um resultado de pulsares, e não de matéria escura.
No entanto, em um novo trabalho, liderado pela pós-doc Rebecca Leane do MIT, Slatyer reavaliou essa alegação. Ao tentar entender melhor o método analítico de 2015, Slatyer e Leane descobriram que o modelo usado poderia ser “enganado” para produzir o resultado errado. Especificamente, os pesquisadores executaram o modelo em observações Fermi reais, como a equipe do MIT-Princeton fez em 2015, mas desta vez adicionaram um sinal extra falso de matéria escura. Eles descobriram que o modelo falhou em captar esse sinal falso e, mesmo quando aumentaram o sinal, o modelo continuou assumindo que os pulsares estavam no centro do excesso.
Os resultados, publicados hoje na revista Physical Review Letters, destacam um “efeito de distorção” na análise de 2015 e reabrem o que muitos pensavam ser um caso encerrado.
“É emocionante porque pensamos ter eliminado a possibilidade de que isso seja matéria escura”, diz Slatyer. “Mas agora há uma brecha, um erro sistemático na reivindicação que fizemos. Ele reabre a porta para que o sinal venha da matéria escura”.
Centro da Via Láctea: granulado ou liso?
Enquanto a Via Láctea se assemelha mais ou menos a um disco plano no espaço, o excesso de raios gama em seu centro ocupa uma região mais esférica, estendendo cerca de 5.000 anos-luz em todas as direções a partir do centro galáctico.
Em seu estudo de 2015, Slatyer e seus colegas desenvolveram um método para determinar se o perfil dessa região esférica é suave ou “granulado”. Eles argumentaram que, se os pulsares são a fonte do excesso de raios gama, e esses pulsares são relativamente brilhantes, os raios gama que emitem devem habitar uma região esférica que, quando visualizada, parece granulada, com lacunas escuras entre os pontos brilhantes onde os pulsares sentar.
Se, no entanto, a matéria escura é a fonte do excesso de raios gama, a região esférica deve parecer suave: “Toda linha de visão em direção ao centro galáctico provavelmente possui partículas de matéria escura, portanto, não vejo lacunas ou pontos frios no sinal “, explica Slatyer.
Ela e sua equipe usaram um modelo de fundo de toda a matéria e gás da galáxia e todas as interações de partículas que poderiam ocorrer para produzir raios gama. Eles consideraram modelos para a região esférica do GCE que eram granulados, por um lado, ou suaves, por outro, e criaram um método estatístico para determinar a diferença entre eles. Eles então alimentaram o modelo de observações reais da região esférica, captadas pelo telescópio Fermi, e procuraram verificar se essas observações se encaixavam mais em um perfil suave ou granulado.
“Vimos que era 100% granulado, e então dissemos: ‘oh, a matéria escura não pode fazer isso, então deve ser outra coisa'”, lembra Slatyer. “Minha esperança era que esse fosse apenas o primeiro de muitos estudos da região do centro galáctico usando técnicas semelhantes. Mas, em 2018, as principais verificações cruzadas do método ainda eram as que fizemos em 2015, o que me deixou bastante bonita. nervoso que possamos ter perdido alguma coisa. “
Plantando uma falsa conclusão
Depois de chegar ao MIT em 2017, Leane ficou interessado em analisar dados de raios gama. Slatyer sugeriu que tentassem testar a robustez do método estatístico usado em 2015, para desenvolver uma compreensão mais profunda do resultado. Os dois pesquisadores fizeram a pergunta difícil: em que circunstâncias seu método seria quebrado? Se o método resistisse ao interrogatório, eles poderiam estar confiantes no resultado original de 2015. Se, no entanto, eles descobrissem cenários em que o método entrou em colapso, isso sugeriria que algo estava errado com sua abordagem, e talvez a matéria escura ainda pudesse estar no centro do excesso de raios gama.
Leane e Slatyer repetiram a abordagem da equipe do MIT-Princeton a partir de 2015, mas, em vez de fornecer os dados do modelo Fermi, os pesquisadores essencialmente elaboraram um mapa falso do céu, incluindo um sinal de matéria escura e pulsares que não estavam associados com o excesso de raios gama. Eles introduziram esse mapa no modelo e descobriram que, apesar de haver um sinal de matéria escura na região esférica, o modelo concluiu que essa região provavelmente era granulada e, portanto, dominada por pulsares. Essa foi a primeira pista, diz Slatyer, de que o método “não era infalível”.
Em uma conferência para apresentar seus resultados até agora, Leane recebeu uma pergunta de uma colega: E se ela adicionasse um sinal falso de matéria escura que fosse combinado com observações reais, em vez de um mapa de fundo falso?
A equipe aceitou o desafio, alimentando o modelo com dados do telescópio Fermi, junto com um sinal falso de matéria escura. Apesar da planta deliberada, sua análise estatística novamente perdeu o sinal da matéria escura e retornou uma imagem granulada e pulsar. Mesmo quando aumentaram o sinal da matéria escura para quatro vezes o tamanho do excesso de raios gama, seu método não conseguiu vê-lo.
“Nessa fase, eu estava bastante empolgado, porque sabia que as implicações eram muito grandes – significava que a explicação da matéria escura estava de volta à mesa”, diz Leane.
Ela e Slatyer estão trabalhando para entender melhor o viés em sua abordagem e esperam diminuir esse viés no futuro.
“Se é realmente matéria escura, essa seria a primeira evidência de interação da matéria escura com a matéria visível através de outras forças que não a gravidade”, diz Leane. “A natureza da matéria escura é uma das maiores questões em aberto da física no momento. Identificar esse sinal como matéria escura pode nos permitir finalmente expor a identidade fundamental da matéria escura. Não importa qual seja o excesso, nós iremos aprenda algo novo sobre o universo “.
Publicado em 13/12/2019
Artigo original:
Estudo original:
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: