Nuevo varapalo para la interpretación como materia oscura de la línea de rayos X a 3.5 keV

La línea de rayos X alrededor de 3.5 keV observada por el telescopio espacial XMM-Newton de la ESA sigue siendo polémica. Podría ser debida a la desintegración de una partícula de materia oscura (como un neutrino estéril con una masa de unos 7 keV). Pero un nuevo estudio estadístico de 30 de estas señales descarta que su origen esté en el halo de materia oscura de la Vía Láctea. La vida media de partículas de materia oscura en dicho rango de masa es incompatible con las observaciones. Suena fuerte, pero se trata de un nuevo varapalo para dicha interpretación.

El artículo es Christopher Dessert, Nicholas L. Rodd, Benjamin R. Safdi, “Evidence against the decaying dark matter interpretation of the 3.5 keV line from blank sky observations,” arXiv:1812.06976 [astro-ph.CO]. Más información en este blog sobre esta línea en “La primera luz de Hitomi no observó la línea a 3,5 keV en el Cúmulo de Perseo”, LCMF, 27 Abr 2017; “Desaparece la supuesta línea a 3,55 keV asociada a la materia oscura”, LCMF, 16 Oct 2016; “Neutrinos estériles y la señal a 3,5 keV observada por XMM-Newton”, LCMF, 09 Dic 2015; “Sobre los axiones que podría haber observado XMM-Newton de la ESA”, LCMF, 21 Oct 2014; entre otras.

La aniquilación de la materia oscura produce fotones observables con los telescopios de rayos X. Para señales en el rango de los keV los candidatos más obvios son neutrinos estériles con masa en dicho rango. La señal de rayos X a 3.5 keV se observó en 2014 en el cúmulo de Perseo y en la galaxia Andrómeda (M31); desde entonces se ha observado también en otros lugares, como el centro galáctico de la Vía Láctea (observaciones de Chandra y Suzaku). Aunque hay pocas dudas sobre dicha señal, hay fuertes dudas sobre su origen. La hipótesis de que resulta de la aniquilación de partículas de materia oscura ha recibido muchos varapalos. Muchos astrofísicos prefieren hipótesis alternativas, como el intercambio de carga en plasmas calientes intracumulares y en nubes frías de gas galáctico. La respuesta definitiva sigue siendo otro misterio más. Por ello se siguen publicando nuevos análisis de los datos de las dos cámaras EPIC (European Photon Imaging Camera) a bordo de XMM-Newton, en concreto, la MOS (Metal Oxide Semi-conductor) y la PN (pn); más información técnica sobre estas cámaras CCD aquí.

El nuevo artículo nos presenta límites de exclusión para la interpretación de esta señal como resultado de la aniquilación de partículas de materia oscura con una masa de unos 7 keV (como los neutrinos estériles, aunque hay muchas otras posibilidades). Para el análisis se asume una teoría cuántica efectiva para la aniquilación (compatible con gran número de candidatos). Los datos analizados se sitúan en una región entre 5◦ y 45◦ alrededor del centro galáctico; en concreto, 1492 observaciones con 4303 exposiciones totales en unos ∼86 Ms (millones de segundos) de exposición. Tras pasar varios filtros de calidad, los datos se reducen a 752 observaciones con 1397 exposiciones en unos 30.6 Ms de exposición. El análisis estadístico de máxima verosimilitud descarta al 95% CL que la fuente de las señales observadas sea la aniquilación de materia oscura (con una masa media de 7.1 keV).

En resumen, todavía no sabemos cuál es el origen de la línea a 3.5 keV, pero todo apunta a que su origen no es la aniquilación de materia oscura. Habrá que seguir estando atentos a los futuros avances sobre esta línea de rayos X. Quizás cuando se desvele su fuente se nos abran nuevos ojos para contemplar el universo que nos rodea.



7 Comentarios

  1. Nos vamos aproximando al punto en que la idea de la materia oscura empieza a ser sospechosa, si no cambia su estatus experimental en el medio plazo, en algun punto de los proximos años ya se podra hablar de que la idea ha sido falsada.

    Muy interesante leer al respecto “Problems with the dark matter and dark energy hypotheses, and alternative ideas”
    https://arxiv.org/abs/1808.09823

    Sabine tambien ha puesto el asunto de la materia oscura en la diana, ubicandolo en su lista de “problemas matematicamente mal definidos”, al mismo nivel que cuerdas y supersimetria, estos problemas estan, segun la investigadora y divulgadora, en el origen del actual estancamiento de la fisica fundamental.

    El modelos cosmologico de consenso afronta un periodo de incertidumbre, con varios problemas serios en el horizonte, aparte de la materia y energia oscura, están tambien las crecientes tensiones entre sus predicciones y las medidas experimentales, por ejemplo en H0 o en la densidad de clusteres de galaxias, y tambien el descubrimiento de agujeros negros masivos a z mayor que 7, cuya vida estimada entra en claro conflicto con la edad estimada del Universo segun el modelo del Big Bang.

    Los proximos años en cosmologia prometen ser de gran interes, quizas incluso asistamos a la primera gran crisis en muchas decadas en la especialidad. O quizas no, igual las grietas que empiezan a verse en el edificio se atajan con algun descubrimiento disruptivo …

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 19 diciembre, 2018
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