C. Sobremesa, N. Rodd, B. Safdi e Z. Rostomian / Fermi Telescópio de Grande Área
O desaparecimento de um misterioso sinal de raios-X – que poderia fornecer evidências de matéria escura – está causando tanta controvérsia quanto sua detecção.
Os físicos coletaram um ano de observações do céu em branco – e aparecem vazios.
Mas isso não significa que eles foram embora de mãos vazias. O “resultado nulo” da equipe pode descartar uma possibilidade de matéria escura.
Christopher Dessert (Universidade de Michigan) e seus colegas procuravam um sinal fraco de raios-X, descoberto em 2014 por Esra Bulbul (Centro de Astrofísica, Harvard e Smithsonian), Alexey Boyarsky (Universidade de Leiden, Holanda) e colegas. O sinal tem poucas explicações prontas. Detectado pela primeira vez no centro de aglomerados de galáxias, o misterioso excedente de raios-X com energias em torno de 3.500 elétron-volts (3,5 keV) foi visto posteriormente em vários outros alvos astronômicos – incluindo a Via Láctea – usando vários telescópios de raios-X diferentes. No entanto, a descoberta permaneceu controversa, pois as observações de outros alvos não conseguiram aumentar o sinal.
Alguns suspeitavam que um candidato a partículas de matéria escura – o neutrino estéril – pudesse produzir fótons de raios-X quando decaísse; todo neutrino estéril de 7 keV produziria um fóton de 3,5 keV e um neutrino comum. Outros pensaram que a explicação da matéria escura eram apenas bananas. Agora Dessert e seus colegas físicos, publicando na Science, examinaram centenas de observações da Via Láctea sem nenhum sinal do sinal de 3,5 keV. A questão é: o resultado deles se manterá?
NASA / CXC / SAO / E. Bulbul e outros / XMM / ESA
Olhando para o céu em branco
Para procurar o indescritível sinal de raio-X, Dessert e seus colegas compilaram 752 observações feitas com as câmeras de raio-X a bordo do satélite XMM-Newton. Eles selecionaram essas observações escolhendo apenas regiões vazias do céu (observações do céu em branco) contendo o halo da Via Láctea, entre 5 ° e 45 ° do centro galáctico. Juntas, as observações somam o tempo de exposição de um ano.
“Acontece que a auréola da Via Láctea deve ser um dos objetos mais brilhantes do céu em decomposição da matéria escura”, diz Dessert. “Embora o aglomerado de galáxias Perseus tenha muito mais matéria escura, há milhões de anos-luz de distância, acontece que os sinais [de Perseus e da Via Láctea] teriam o mesmo tamanho”.
Dessert e seus colegas estudam as centenas de observações simultaneamente, limitando suas análises a uma faixa estreita de energia (de 3,3 a 3,8 keV). Eles não encontram sinal do sinal de 3,5 keV.
Além disso, calculando quantos raios-X eles deveriam receber com base no modelo de matéria escura, a equipe é capaz de eliminar o neutrino estéril de 7 keV como candidato a partícula de matéria escura – se estivesse lá, eles dizem que o veriam. . O que quer que esteja causando o sinal de aglomerados de galáxias distantes – seja real ou contaminação por ruído de fundo – ele não existe no halo da Via Láctea.
É tudo sobre o fundo
No entanto, essa falta de sinal gerou tanta controvérsia quanto a detecção original. As técnicas que Dessert e os outros físicos usaram para analisar os dados de raios-X são contrárias à experiência dos astrônomos.
Desembaraçar o sinal de raios-X do plano de fundo requer entender qual é o plano de fundo. Uma fonte de fundo são as fontes cósmicas reais, cujos raios X poderiam ocultar um sinal de matéria escura.
Outra fonte de fundo são os raios X “falsos”, produzidos pelos raios cósmicos galácticos e pelas partículas do vento solar, à medida que interagem com o telescópio e seus detectores. As partículas podem criar um sinal que se disfarça de fonte de raios X cósmica. “Para os observadores, partículas, ou seja, antecedentes instrumentais, são as mais difíceis de estimar e eliminar”, diz Bulbul.
As observações da Via Láctea têm um histórico muito baixo no primeiro sentido, argumenta Dessert; isto é, não existem muitos raios X cósmicos interferindo no sinal putativo da matéria escura.
Mas Bulbul afirma que os pesquisadores não se deram bem com o fundo das partículas. “O histórico de detectores da XMM-Newton é extremamente difícil de lidar devido à sua alta variabilidade”, diz Bulbul.
Boyarsky, que como Bulbul não está envolvido no presente estudo, aumenta ainda mais as apostas. Ele diz que detectou o sinal de 3,5 keV com um alto grau de confiança em um subconjunto das mesmas observações XMM-Newton da Via Láctea. (Seu trabalho ainda não foi publicado, mas está disponível no servidor de pré-impressão arXiv.) Além disso, ele diz que existem outros cinco artigos publicados que também detectaram o sinal de 3,5 keV na Via Láctea.
“A diferença é que modelamos o cenário para uma região ampla (de 2.000 a 6.000 eV)”, diz Boyarsky. “Dessert e seus colegas fazem isso por uma janela de cerca de 500 eV. Por quê? Eu não faço ideia.” Ao analisar uma faixa de energia tão estreita, Boyarsky argumenta, Dessert e seus colegas prejudicaram sua própria análise. “A maioria dos astrônomos de raios-X que eu conheço concorda com essas conclusões”, acrescenta.
“O método estatístico que usamos no artigo é relativamente novo na astronomia de raios-X, então isso causou certa confusão entre alguns pesquisadores”, retorna o co-autor Nicholas Rodd (Universidade da Califórnia, Berkeley. “Dito isto, não é uma idéia nova. A abordagem é, na verdade, um método amplamente testado e robusto ao procurar linhas em dados de raios gama ou recursos limitados no LHC.”
“É claro que você precisa de um método estatístico apropriado se usar uma faixa de energia estreita, o que fazemos, que explique a incerteza induzida”, explica Rodd. “Nosso método (chamado de probabilidade de perfil) é responsável por isso.”
Qual é o próximo?
“Essa técnica que desenvolvemos é a técnica mais sensível para investigar a deterioração da matéria escura até o momento”, diz Dessert, “e certamente gostaríamos de usá-la novamente no futuro.” Os físicos planejam estender suas análises para procurar candidatos à matéria escura em outras energias.
No entanto, quando se trata da linha de 3,5 keV, a Bulbul acha que não resta muito a ser feito com os instrumentos atuais. “Até que uma nova tecnologia esteja no espaço, não saberemos ao certo a origem da linha”, diz ela. “A boa notícia é que estamos quase lá.”
P. Friedrich / MPE
O recém-lançado telescópio de raios X EROSITA já está coletando dados sobre aglomerados de galáxias, que serão usados para testar a existência e a origem do sinal de 3,5 keV. “Quando obtivermos nossos primeiros resultados [com o EROSITA]”, acrescenta Bulbul, “a Missão de Imagem e Espectroscopia de Raios-X (XRISM) será lançada.” Definido para voar em 2022, o XRISM levará um calorímetro de alta resolução, um instrumento que dará medições definitivas do sinal – e resolverá a controvérsia para sempre.
Publicado em 18/07/2020 13h03
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