El problema de la línea de rayos gamma de 130 GeV observada por Fermi-LAT

En la región del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, el telescopio de rayos gamma Fermi-LAT (Large Area Telescope) ha observado un exceso a 4,6 sigmas locales (solo 3,2 sigmas globales) con una energía de 130 GeV que podría corresponder a la aniquilación de materia oscura en fotones (rayos gamma), con una sección eficaz de 10−27 cm3/s. Dicha observación se ha obtenido gracias a la publicación de los primeros 43 meses de observaciones de Fermi-LAT. Nos resume el análisis estadístico de la señal Christoph Weniger, “Tentative observation of a gamma-ray line at the Fermi LAT,” arXiv:1210.3013, Subm. 10 Oct 2012.

Una técnica de análisis estadístico sesgada para la búsqueda de picos en los datos de Fermi-LAT ha obtenido una señal aún más clara, con un confianza estadística de 6,5 sigmas para una línea espectral con una energía de 127,0 ± 2,0 GeV; aunque también podría tratarse de dos líneas más delgadas situadas en 110,8±4,4 GeV y 128,8±2,7 GeV compatibles con la desintegración de una partícula WIMP (un neutralino) con una masa de 127,3 ± 2,7 GeV en los canales γγ y γZ. Obviamente, esta segunda posibilidad está mucho menos clara en los datos. Nos lo contaron Meng Su, Douglas P. Finkbeiner, “Strong Evidence for Gamma-ray Line Emission from the Inner Galaxy,” arXiv:1206.1616, Subm. 7 Jun 2012.

El mayor problema de esta señal es que si la línea observada corresponde a partículas de materia oscura, éstas deberían haber sido observadas en los experimentos de búsqueda directa en curso. Por tanto, debe haber alguna otra explicación a la observación realizada por Fermi-LAT. Lo más razonable es que se trate de un error sistemático en los instrumentos de medida. Un estudio de los datos de Fermi-LAT que ha buscado sistemáticamente picos alrededor de 130 GeV ha encontrado uno asociado al limbo de la Tierra (la zona alrededor de la Tierra vista por este telescopio) con 4,7 sigmas locales. No existe ninguna fuente física real de esta señal, que obviamente es espuria (un error sistemático en los detectores). Aunque aún no hay ningún modelo que explique por qué los detectores pueden fallar de esta forma, los descubridores de esta anomalía creen que la señal observada en el centro galáctico podría tener el mismo origen, siendo un error sistemático de los instrumentos. Nos lo contaron Douglas P. Finkbeiner, Meng Su, Christoph Weniger, “Is the 130 GeV Line Real? A Search for Systematics in the Fermi-LAT Data,” arXiv:1209.4562, Subm. 20 Sep 2012. Un estudio posterior apunta a que no es un error instrumental, sino solo una fluctuación estadística, en concreto Andi Hektor, Martti Raidal, Elmo Tempel, “Fermi-LAT gamma-ray signal from Earth Limb, systematic detector effects and their implications for the 130 GeV gamma-ray excess,” arXiv:1209.4548, Subm. 20 Sep 2012.

No había hablado aún en este blog de la línea a 130 GeV observada por Fermi-LAT porque todo indica que se trata de una línea espuria, una fluctuación estadística o un error instrumental. Sin embargo, muchos físicos siguen desarrollando modelos para la materia oscura capaces de mostrar esta señal y no mostrar ninguna en el resto de los detectores directos de materia oscura. Así seguirá ocurriendo mientras no se descubra la solución definitiva a este problema. Quizás baste acumular más datos y la fluctuación estadística observada empezará a reducirse hasta desaparecer.

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