La materia oscura no explica el exceso de positrones de AMS-02

Dibujo20170403 fit ams-02 positron fraction with dark matter particle 1 tev maxim laletin vhepu moriond 2017El exceso de positrones observado por PAMELA y por AMS-02 aún no tiene explicación. Sam Ting (premio Nobel y portavoz de AMS-02) afirma que su origen es una partícula de materia oscura con una masa de 1 TeV/c². Muy pocos físicos apoyan esta idea. La razón es que si esta partícula se desintegra en positrones, también lo hará en fotones; pero el número de rayos gamma que se producirían en el halo de nuestra galaxia sería un orden de magnitud mayor que el observado por el telescopio espacial Fermi LAT. El cálculo teórico del flujo esperado se ha obtenido con el código GALPROP.

Nos lo contó al más puro estilo de los Cazadores de Mitos (MythBusters) el físico Maxim Laletin, “Can Dark Matter Annihilations Explain the AMS-02 Positron Data?” Rencontres de Moriond 2017, Very High Energy Phenomena in the Universe (VHEPU), [PDF slides]. Los interesados en más detalles disfrutarán de Konstantin Belotsky, Ruslan Budaev, …, Maxim Laletin, “Fermi-LAT kills dark matter interpretations of AMS-02 data. Or not?” JCAP 01: 021 (2017), doi: 10.1088/1475-7516/2017/01/021, arXiv:1606.01271 [astro-ph.HE], y Maxim Laletin, “A no-go theorem for the dark matter interpretation of the positron anomaly,” arXiv:1607.02047 [astro-ph.HE].

Dibujo20170403 gamma rays from positron only to fit ams-02 dark matter 1 tev maxim laletin vhepu moriond 2017 Las simulaciones por ordenador de la formación de las galaxias indican que nuestra galaxia se encuentra en el centro de un halo de materia oscura con una forma más o menos esférica. GALPROP se puede usar para estimar el fondo de rayos gamma difuso e isótropo producido en el halo galáctico (IGRB por Isotropic Diffuse Gamma-Ray Background). En el nuevo estudio se ha calculado asumiendo una partícula de materia oscura con una masa de unos 1 TeV/c² (la que sería necesaria para explicar la forma aparente del exceso de positrones observado por AMS-02). En concreto, se ha usado el perfil de densidad de Navarro–Frenk–White (NFW). Se obtiene la curva roja para el caso galáctico y la curva marrón si se incluyen fuentes extragalácticas. Los datos de Fermi LAT están en azul (los triángulos una vez se descuenta la contribución de los blázares) y son un orden de magnitud más pequeños en la región de energías altas. Por tanto, esta hipótesis se puede descartar.

Dibujo20170403 sneak peek possibility gamma rays from active dm disk maxim laletin vhepu moriond 2017

Como siempre en Física, hay puertas traseras que permiten sortear las observaciones de la Naturaleza. En el caso del exceso de AMS-02 se puede considerar que el halo de materia oscura isótropo (“Passive DM” Halo) está acompañado de un halo anisótropo con la forma del disco galáctico (“Active DM” Disk). No conocemos la distribución detallada de la materia oscura en nuestra galaxia, por lo que aún no se puede descartar esta posibilidad (por improbable que sea según las simulaciones de la formación de las galaxias). En dicho caso las simulaciones de GALPROP permiten compatibilizar el origen del exceso de positrones de AMS-02 y una partícula de materia oscura pesada.

Dibujo20170403 sneak peek ams-02 positron gamma rays from active dm disk maxim laletin vhepu moriond 2017

Usando este modelo exótico para la distribución de materia oscura en el halo galáctico, se puede salvar la idea de Sam Ting y otros miembros del equipo de AMS-02. Como ya viene siendo habitual en la Física moderna, si la realidad no se corresponde con tu modelo, siempre puedes cambiar la realidad para que se ajuste al modelo; que nadie me regañe, en rigor debería haber escrito que siempre puedes reinterpretar la realidad para que se ajuste al modelo. Por supuesto, la mayoría de los astrofísicos y cosmológicos detestan estos exotismos (que en física de partículas se llaman ajustes finos, pues requieren que ciertos parámetros sean o bien muy pequeños o bien muy grandes).

En resumen, AMS-02 lleva cinco años recabando datos de rayos cósmicos desde la ISS (Estación Espacial Internacional). Seguirá tomando datos hasta 2025. Cuando se aclare la forma exacta de su espectro se podrán contrastar diferentes modelos que permitan explicar el exceso de positrones. Hay varias explicaciones astrofísicas, siendo los dos candidatos más firmes los púlsares (estrellas de neutrones); sin embargo, su origen también podrían ser los discos de acreción de agujeros negros. La respuesta acabará siendo desvelada, aunque a algunos les parezca mucho tiempo un lustro.


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