Una población de púlsares explica el exceso Fermi-LAT en el centro de la galaxia

Dibujo20170504 gamma-ray excess galactic center observed by fermi lat

Materia oscura o púlsares, esa es la cuestión. Dos posibles causas del exceso de rayos gamma entre 1 y 100 GeV observado por el telescopio espacial Fermi-LAT de la NASA en el centro de nuestra galaxia. Situado en una región de 15º × 15º del centro, tiene una forma difusa decorada con 48 fuentes puntuales. Un análisis de 400 fuentes puntuales en una región de 40º × 40º del centro indica que bastarían unos 1000 púlsares (aún no observados) en la región de 15º × 15º del centro para explicar el exceso. Más aún, la Colaboración Fermi-LAT asigna a dicha hipótesis al menos a siete sigmas de confianza estadística.

La hipotética población de púlsares, que explicaría el exceso de rayos gamma, también podría explicar el exceso de positrones observado por AMS-02 en la ISS. La materia oscura se descartaría como explicación de ambos excesos. Futuros estudios tendrán que dilucidar esta polémica cuestión. El nuevo artículo es Fermi-LAT Collaboration, “Characterizing the population of pulsars in the Galactic bulge with the Fermi Large Area Telescope,” arXiv:1705.00009 [astro-ph.HE]; más información divulgativa en Manuel Gnida, “Origin of Milky Way’s Hypothetical Dark Matter Signal May Not Be So Dark,” SLAC News, 02 May 2017.

Dibujo20170504 pulsar population galactic center observed by fermi lat

Las estrellas más masivas que el Sol, pero con menos de unas veinte masas solares, acaban su vida en una explosión de supernova que da lugar a una estrella de neutrones. Un objeto muy compacto, con un radio de unos diez kilómetros, que debido a la conservación del momento angular rota muy rápidamente (cientos de revoluciones por segundo). El resultado es un púlsar que emite rayos gamma que observamos a intervalos regulares, como si se tratara de un faro cósmico.

Para un futuro telescopio espacial de rayos gamma estos objetos tan compactos se observarían como fuentes puntuales. Pero Fermi-LAT no tiene resolución suficiente para resolver estos púlsares. Por ello, observa un exceso difuso (como el brillo reflejado por una luz en un objeto no metálico) situado en el centro galáctico. Muchos astrofísicos han querido ver en dicho exceso una prueba de la materia oscura del halo galáctico, que según algunos modelos debería tener un exceso de densidad en el centro galáctico.

Tras 5,2 años de toma de datos, Fermi-LAT ha encontrado que el exceso tiene estructura, no es difuso, sino que está manchado con excesos locales (como muestra la figura que abre esta entrada), que se pueden interpretar como fuentes puntuales (púlsares y/o blázares). Gracias a ello la hipótesis de que su origen es una población de púlsares ha ganado adeptos.

Dibujo20170504 Counts map 40by40 galactic center fermi lat collaboration

El nuevo artículo presenta un modelo teórico (estadístico) sobre la hipotética población de púlsares en el centro galáctico. Basta que haya 2,7 veces más púlsares de rayos gamma en el centro galáctico que en el disco galáctico para explicar la señal observada. No son muchos más y su número es compatible con los modelos de formación galáctica. Los púlsares son la explicación astrofísica preferida por muchos. Lo siento por quienes opinan que partículas de materia oscura con una masa entre 40 y 60 GeV, que se aniquilan en fotones, explican el exceso. Siendo incapaces de explicar por qué no se observaba dicho exceso en las galaxias satélites enanas de la Vía Láctea, el nuevo artículo supone un varapalo para su idea. Por supuesto, ya buscarán algún retruque técnico para superar el escollo.

En resumen, no quiero entrar en los detalles técnicos del análisis estadístico realizado. Solo quisiera destacar que se trata de una hipótesis teórica y que hasta que no se observen pruebas firmes de la hipotética población de púlsares, la materia oscura seguirá en el candelero de las explicaciones del exceso. Aún así, todo apunta a que la observación indirecta de la materia oscura no será el medio gracias al cual se desvelará su naturaleza íntima.

7 Comentarios

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SagutxoSagutxo

Qué raro que una noticia tan interesante no suscite ningún comentario. ¿Dónde están los contertulios habituales? ¿Estáis todos de vacaciones o qué ha pasado?

SalU2

Pedro MascarósPedro Mascarós

Efectivamente , parece que los contertulios cracks en física andan liados.

planck

Esperemos que la gente no haya cambiado el blog de Francis por Sálvame Deluxe o Gran Hermano :-) Esperemos que Francis no se canse de mostrarnos el fascinante mundo que la ciencia está descubriendo, tiene que existir un contrapunto a la ignorancia, la estupidez, las supersticiones, las creencias subjetivas, los prejuicios… quizás algún día la gente empiece a admirar a Gauss, Poincaré o Dirac en lugar de a Brad Pitt o Belén Esteban jeje.
Por cierto el otro día estuve en un bar que se llamaba Poincare pero la gente no hablaba de topología o geometría diferencial ni siquiera un ratillo :-)

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

También es casualidad que haya todo un grupo de estrellas de neutrones girando en el mismo ángulo respecto de nosotros (para que las observemos como pulsars)… ¿Hay una estimación de cuántas estrellas de neutrones tiene que haber en total para esa cantidad de pulsars?

Miguel CMMiguel CM

En el primer párrafo de la entrada dice que se necesitarían 1000 pulsares, más adelante se explica que esto sería 2,7 más pulsares de lo normal en el disco galáctico y que ese incremento es compatible con los modelos de formación galáctica actual.

Saludos!

Francisco R. Villatoro

Miguel, el paper estima un factor de 2,7 respecto a su población de 400, luego son 1080. Aún así, la incertidumbre es grande y con márgenes de error razonables (no están explícitos en el artículo) he redondeado a 1000. Siento haberme comido 80 y agradezco que te haya sorprendido su falta.

Gabriel DomínguezGabriel Domínguez

Miguel CM, el trabajo de referencia da una estimación de la cantidad de pulsars que debe haber para explicar el exceso de rayos gamma observado. OK.

Yo pregunto otra cosa: dado que un pulsar no es más que una estrella de neutrones que rota con una orientación tal que sus polos magnéticos proyectan hacia nosotros chorros de radiación a intervalos de milésimas de segundo, ¿hay estimaciones de qué cantidad de estrellas de neutrones debe haber para una cantidad de pulsars considerados? Pregunto por la ratio “estrellas de neutrones/pulsars” para luego calcular cuántas estrellas de neutrones tendrían que haber, por ejemplo en esos 15º x 15º, si debemos creer que 1000 de ellas apuntan hacia nosotros como pulsars.

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