El potasio y el cloro podrían explicar la línea de rayos X a 3,5 keV en el centro galáctico

Dibujo20140812 Folded count rate for MOS1 -red- and MOS2 -blue- and residuals -bottom- XMM Newton - arxiv

Los mismos datos experimentales interpretados por dos grupos de científicos diferentes pueden conducir a resultados contradictorios. Todo depende del modelo teórico usado y, por qué no, de sus propios prejuicios. El telescopio espacial de rayos X de la ESA llamado XMM-Newton (X-ray Multi-Mirror Mission – Newton) ha observado el centro galáctico de la Vía Láctea con sus dos cámaras CCD llamadas EPIC MOS 1 y 2 (por The European Photon Imaging CameraMetal Oxide Semi-conductor – Charge-Coupled Device).

A. Boyarsky (Univ. Leiden, Países Bajos) y sus colegas observan en la señal MOS un pico a 3,539 ± 0,011 keV con una confianza estadística de 5,7 sigmas. Todo un descubrimiento. Su prejuicio es que XMM-Newton observó una línea de emisión a 3,56 ± 0,03 keV con 3 sigmas de confianza estadística en 73 cúmulos galácticos con desplazamiento al rojo entre z=0,01 y z=0,35. También la observó en el cúmulo de Perseo y en la galaxia Andrómeda M31. Muchos ven en la línea a 3,5 keV una señal clara de la aniquilación de partículas de materia oscura.

Dibujo20140812 normalized count rate for MOS XMM-Newton and residuals - arxiv

Tesla Jeltema y Stafano Profumo, ambos en la Universidad de California, Santa Cruz, EEUU, analizan los mismos datos de XMM-Newton observados con el MOS pero con un modelo teórico diferente, que incluye, entre otras, la dos líneas de emisión del potasio cerca de 3,5 keV (líneas K XVIII) y el par del cloro cerca de 3,51 keV (líneas Cl XVII). No observan ningún pico alrededor de 3,5 keV. El título (“dark matter searches going bananas“) usa una expresión de argot en inglés (slang) “going bananas” que significa algo así como “volverse loco” (me he enterado gracias a un tuit de @T_Memeli “going bananas -> go mildly crazy”; yo había asociado por error el potasio con los plátanos).

Todo apunta a que la señal a 3,5 keV es un artificio en el análisis de los datos de XMM-Newton, pero habrá que esperar a que se alcance un consenso al respecto entre los astrofísicos. Los artículos técnicos son Alexey Boyarsky et al., “Checking the dark matter origin of 3.53~keV line with the Milky Way center,” arXiv:1408.2503 [astro-ph.CO], y Tesla E. Jeltema, Stefano Profumo, “Dark matter searches going bananas: the contribution of Potassium (and Chlorine) to the 3.5 keV line,” arXiv:1408.1699 [astro-ph.HE].

[PS 13 Ago 2014]: Recomiendo leer a Jester, “X-ray bananas,” Résonaances, 12 Aug 2014, y los primeros comentarios de sus lectores.

Dibujo20140811 Co-added images of the masks used in the MOS and PN spectral extraction produced by the ESAS task cheese - arxiv

Mis propios prejuicios me decantan por el análisis y la hipótesis de Jeltema y Profumo. Permíteme unos comentarios adicionales. La emisión de rayos X en el centro de nuestra galaxia (Vía Láctea) en dirección a su agujero negro supermasivo central (Sagitario A*) es muy complicada y presenta numerosas fuentes en el rango entre 3,0 y 4,5 keV. Para su análisis hay que utilizar una máscara adecuada, que oculte dichas fuentes puntuales. Como es obvio, el resultado del análisis depende mucho de dicha máscara (esta figura muestra la usada por Jeltema y Profumo).

El modelo teórico para la señal observada debe incluir la contribución de las líneas de emisión de los elementos químicos que puedan encontrarse en las nubes de gas y polvo que se encuentran entre nosotros y el centro galáctico. Jeltema y Profumo han incluido las líneas de varios elementos: azufre (S XVI a 3,11 keV y 3,36 keV), argón (Ar XVII a 3,13, 3,62, 3,69, 3,79 y 4,0 keV; y Ar XVIII a 3,32 keV), potasio (K XVIII a 3,48 y 3,52), calcio (Ca XIX a 3,86 y 3,90; y Ca XX a 4,11 keV). Un modelo para ajustar los datos de la cámarar MOS que incluya dichas líneas obtiene un residuo que no muestra ningún tipo de exceso alrededor de 3,5 keV.

Las líneas cuya contribución al flujo observado es más importante son las del potasio K XVIII y las del cloro Cl XVII. Jeltema y Profumo destacan en su análisis que no fueron incluidas en el análisis original de Esra Bulbul et al., “Detection of An Unidentified Emission Line in the Stacked X-ray spectrum of Galaxy Clusters,” arXiv:1402.2301 [astro-ph.CO], que inició el hype de la línea de 3,5 keV y ya ha recibido 81 citas desde febrero según INSPIRE.

¿Cuál es el origen del potasio y el cloro? Obviamente no hay una nube de plátanos entre nosotros y el centro galáctico. Jeltema y Profumo consideran que hay un plasma caliente con una temperatura entre 0,8 y 8,0 keV con contribuciones de los elementos antes indicados. En su artículo no sólo ajustan las observaciones de XMM-Newton para el centro galáctico, sino también las del cúmulo de Perseo, de la galaxia Andrómeda M31 y de los 73 cúmulos galácticos considerados por Bulbul et al. en febrero de 2014.

Por supuesto, como siempre, habrá que esperar a estudios independientes para que se llegue a un consenso científico entre los astrofísicos sobre el origen de la línea a 3,5 keV. Pero en mi opinión todo apunta a que la materia oscura no es la responsable.


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