Descubrirá el satélite Fermi la materia oscura galáctica gracias al efecto Sommerfield

Por Francisco R. Villatoro, el 23 julio, 2009. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Ciencia • Física • Materia oscura • Physics • Science ✎ 4

Dibujo20090722_All-sky-map_Mollweide_projection_of_Sommerfeld-enhanced_WIMP_annihilation_surface_brightnessEl satélite Fermi podría detectar la materia oscura en nuestra galaxia si observa ciertos lugares de nuestra galaxia donde un estudio que aparecerá en Science ha encontrado que el efecto de Sommerfield amplifica el flujo de fotones producido por la autodesintegración de la materia oscura (si es una partícula elemental tipo WIMP, es inestable y debe tener una vida media corta). Si Fermi tras mirar a dichas regiones no encontrara un exceso de fotones con el espectro de energías adecuadas, sería una duro golpe para la teoría que afirma que las WIMP (partículas masivas débilmente interactuantes) son las responsables de la materia oscura. La figura de la izquierda muestra los lugares (puntos negros rodeados de rojo) donde deberá ser apuntado Fermi para descubrir la materia oscura y si lo logra quizás obtener un Premio Nobel para sus diseñadores. El artículo técnico ha sido aceptado para publicación en la prestigiosa Science, en concreto, Michael Kuhlen, Piero Madau, Joseph Silk, “Exploring Dark Matter with Milky Way Substructure,” Science Express, Published Online July 16, 2009, y está disponible gratis (ArXiv, Submitted on 30 Jun 2009, last revised 2 Jul 2009).



4 Comentarios

  1. Hola Francis,

    Lo del efecto SommerfEld, anda pululando por la blogosfera unos días. De lo que no se habla tanto es de la propuesta de Colin Pierre del Max Planck en la última conferencia de rayos cósmicos de Lodz. Me gustaría saber tu opinión y, a ser posible que lo explicases un poco mejor. Yo he recogido en mi blog la información a la que he podido tener acceso. Transcribo:

    <>

    1. No ha salido la transcripción. Ahí va:

      Por otra parte Pierre Colin del Instituto Max Planck de Física (Alemania) y sus colegas calculan que la sombra de la Luna podría ayudarles a discernir si la abundancia de positrones viene realmente de la aniquilación de materia oscura, usando telescopios que observan la radiación de Cherenkov (destellos de luz en el cielo) que se crea cuando los rayos cósmicos, en la forma de positrones y electrones de alta energía, colisionan con la parte alta de la atmósfera.

      Colin describió el mecanismo de su método el pasado 9 de julio durante la Conferencia Internacional de Rayos Cósmicos que tuvo lugar en Lodz (Polonia). La Luna bloquea los electrones y positrones con tanta eficacia como con la que bloquea la luz. Esto crea sombras, zonas sin electrones ni positrones. Pero, dado que estas partículas están cargadas eléctricamente, también interactúan con el campo magnético de la Tierra. Y como sus cargas son opuestas, la interacción desvía sus trayectorias en sentidos opuestos.

      El resultado es que la sombra de electrones y la de positrones están separadas. Normalmente, es imposible distinguir si la radiación de Cherenkov ha sido generada por en electrón o un positrón. Sin embargo, cuando la Luna está entre el telescopio y la fuente de rayos cósmicos, sería posible distinguirlo fijándose en los bordes de las sombras. Esto permitiría a los físicos ver si el número de positrones de alta energía se ajusta con lo previsto por la teoría y, muy apropiadamente, usar las sombras para arrojar luz sobre la existencia de la materia oscura.

      1. César, lo primero, el exceso de positrones detectado por PAMELA a energías altas. Como no ha detectado exceso de protones, si su origen es la materia oscura tiene que ser una materia oscura “rara” (no podrían ser WIMPs ni nada SUSY) y además su masa sería muy alta, entre 700 y 5000 GeV (luego no podrá ser descubierta por el LHC). Los autores del trabajo de PAMELA apostaron por (exóticas) partículas de Kaluza-Klein (la verdad es que había pocas alternativas, recientemente han aparecido varias).

        Lo segundo, el observatorio de rayos gamma Fermi podrá verificar o refutar el exceso de positones (seguramente tendremos los primeros datos publicados a finales de este año o principios del 2010). De hecho, hay una explicación sencilla y convencional de los datos de PAMELA si se demuestra que el exceso observado está preferentemente en las direcciones en las que se encuentran púlsares jóvenes. Por ahora, PAMELA no tiene direccionalidad suficiente (Fermi en este sentido es mucho mejor). En poco más de un año tendremos datos al respecto.

        Lo tercero, mi opinión respecto al uso de la Luna para ocultar el flujo de positones y lograr que detectores difusivos como los de MAGIC (radiotelescopio terrestre) adquieran cierta direccionalidad, propuesta de P. Colin et al. “Observation of Shadowing of the Cosmic Electrons and Positrons by the Moon with IACT,” comentada en ArXiv blog “Cosmic Ray Moon Shadow Could Reveal Dark Matter,” y en muchos otros foros [aquí o aquí, p.ej.].

        No soy experto así que mi opinión es solo la de un aficionado. PAMELA es un satélite y MAGIC está en Tierra, luego tiene que superar la atmosféra terrestre. Si Colin y la colaboración MAGIC creen que pueden lograrlo, no tengo argumentos científicos para dudarlo, ellos son los expertos. No parece fácil, pero tampoco imposible, discernir positrones de otros iones positivos a partir de la radiación de Cherenkov observada desde tierra. Ellos creen que podrán hacerlo y seguramente se prepararán para intentarlo.

        Posibles problemas de la propuesta. MAGIC está en tierra y su campo de observación es ocultado por la luna muy pocas veces (unas 30 horas al año, solo unas 15 horas útiles para observar la radiación de Cherenkov de positones) con lo que tendrá que esperar varios años (si es verdad como afirman los autores que con 50 horas de observación será suficiente, necesitarán 4 años para obtener los primeros resultados).

        Con el LHC y Fermi dando datos en los próximos 3 años hay dos escenarios posibles. LHC descubre/observa las partículas de materia oscura convencionales, con lo que los resultados de PAMELA deben ser debidos a cuásares y el experimento con MAGIC aportará poco, o por el contrario, LHC no observa posibles candidatos a materia oscura. Fermi ya habrá ofrecido datos que confirmen o refuten el resultado de PAMELA y si el exceso de positones es confirmado, en 3 años Fermi ya sabrá si el origen son los cuásares jóvenes o algún candidato exótico de materia oscura no detectable en el LHC.

        En resumen, en mi opinión, es difícil que el experimento de ocultación lunar de MAGIC pueda aportar datos interesantes antes que otros equipos experimentales en curso o de próximo inicio. Pero lo dicho, no soy experto en el tema y hay que tener fe en el buen trabajo de la colaboración MAGIC (el descubrimiento de un candidato a la materia es Premio Nobel seguro).

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