Los eventos extraños vistos en el corazón de la Vía Láctea podrían fumar evidencia de armas de un nuevo sospechoso de materia oscura. Si ese es el caso, los científicos pueden haber estado perdiendo el impacto sutil de materia oscuraLas «cosas» más misteriosas del universo, sobre la química cósmica.
Este recién propuesto candidato de materia oscura No solo sería más ligero que los sospechosos hipotéticos existentes, sino que también sería autoaniquilante. Esto significa que cuando se encuentran dos partículas de materia oscura, se destruyen y crean una carga negativa electrón y su equivalente con carga positiva, un positrón.
Este proceso y la inundación de electrones y positrones proporcionarían la energía necesaria para alejar electrones de los átomos neutros, un proceso llamado ionización, en gas denso en el centro de la Vía Láctea. Eso podría explicar por qué hay tanto gas ionizado en la región central llamada Zona molecular central (CMZ).
Incluso si el aniquilación de la materia oscura Es raro, es lógico que ocurra con más frecuencia en el corazón de las galaxias donde se cree que se conglomera.
«Proponemos esa materia oscura más clara que un protón [the particles found in the nuclei of atoms] podría ser responsable de un efecto inusual visto en el centro de la Vía Láctea«El líder del equipo y miembro de la investigación postdoctoral en el King's College London Shyam Balaji dijo a Space.com». A diferencia de la mayoría de los candidatos de materia oscura, que a menudo se estudian a través de sus efectos gravitacionales, esta forma de materia oscura podría revelarse a sí misma ionizando gas, esencialmente eliminando electrones de los átomos en el CMZ.
«Esto sucedería si las partículas de materia oscura se aniquilan pares de electrones-postronesque luego interactúan con el gas circundante «.
Química de la materia oscura
Se cree que la materia oscura representa alrededor del 85% de las «cosas» en el cosmos, pero a pesar de su ubicuidad, los científicos no pueden «verlo» como lo hacen con una gran cantidad de cuestión ordinaria. Esto se debe a que la materia oscura no interactúa con la luz, o si lo hace, lo hace de manera demasiado débil y raramente para observarse.
Esto dice a los científicos que la materia oscura no puede estar compuesta por partículas bariones como electrones, protones y neutrones que componen los átomos que se forman estrellas, planetas, lunas y todo lo que vemos a nuestro alrededor en el día a día.
La única razón por la que los científicos teorizan que la materia oscura existe es porque interactúa con gravedad, Y esta influencia impacta la materia ligera y «ordinaria».
Esto ha llevado a los científicos a mirar más allá de lo llamado «modelo estándar de física de partículas«Buscar partículas que posiblemente puedan explicar la materia oscura.
Estas partículas varían en masa, administradas en electronvoltios (EV) y en características. Se propone que algunos, como este nuevo sospechoso, podrían autoaniquilar.
Los «sospechosos principales» actuales para la materia oscura son axiones y partículas similares al axión, que vienen en una amplia gama de masas. Sin embargo, Balaji y sus colegas han descartado principalmente axiones y partículas similares a los axiones a medida que sus culpables de materia oscura se unieron a la ionización de gas en el CMZ.
«La mayoría de los modelos de axión no predicen una aniquilación significativa en los pares de electrones-positrón en la forma en que lo hace nuestra materia oscura propuesta», dijo Balaji. «Nuestro sujeto de materia oscura propuesta es sub-Gev (mil millones de eV) en masa y autoaniquila en electrones y positrones».
«Esto lo distingue porque afecta directamente el medio interestelarcreando una firma en forma de ionización adicional, algo que generalmente no se espera que haga las axiones «.
Materia oscura: es el peor enemigo
En el CMZ densamente lleno, los positrones creados no pueden viajar lejos o escapar antes de interactuar con las moléculas de hidrógeno cercanas, eliminando sus electrones. Eso hace que este proceso sea particularmente eficiente en esta región central.
«El mayor problema que este modelo ayuda a resolver es un exceso de ionización en el CMZ», dijo Balaji. «Rayos cósmicoslos culpables habituales para el gas ionizante no parecen ser lo suficientemente fuertes como para explicar los altos niveles de ionización que observamos «.
Los rayos cósmicos son partículas cargadas que viajan cerca del velocidad de luzpero según este equipo, la señal de ionización del CMZ parece indicar una fuente en movimiento más lenta que es más clara que muchos otros candidatos de materia oscura.
Además, si los rayos cósmicos fueran gas ionizante en el CMZ, debería haber una emisión asociada de rayos gammaque son partículas de luz de muy alta energía. Sin embargo, esta emisión falta en los estudios de la CMZ.
«Si la materia oscura es responsable de la ionización de CMZ, significaría que estamos detectando la materia oscura, no al verla sino observando su sutil impacto químico en el gas en nuestra galaxia», dijo Balaji.
Sin embargo, existe un brillo de rayos gamma débil inexplicable del Centro Galáctico que también podría estar vinculado a positrones e ionización.
«Si encontramos una conexión directa entre la ionización y esta emisión de rayos gamma, podría fortalecer el caso de la materia oscura», dijo Balaji. «Hay cierta correlación entre estas dos señales, pero aún necesitamos más datos en esta etapa para decir algo más fuerte».
Además, este modelo de aniquilación de materia oscura también podría explicar una emisión de luz de la firma del CMZ que surge de positros cargados positivamente y electrones cargados negativamente que se rompen y se combinan en un estado llamado positronioque luego decae rápidamente en Rayos X, Ligera con ligeramente menos energía que los rayos gamma.
«Los números encajan mucho mejor de lo que esperábamos. A menudo, las explicaciones de la materia oscura se encuentran con problemas porque predicen señales que ya deberían haber sido vistas por los telescopios», dijo Balaji. «Pero en este caso, la tasa de ionización producida por la materia oscura sub-Gev se ajusta perfectamente a las limitaciones conocidas, sin contradecir el rayos gamma existentes y fondo de microondas cósmico (CMB) Observaciones «.
El investigador agregó que la confluencia preliminar con la emisión de rayos X también es muy intrigante.
«Esa es una situación rara y emocionante en la investigación de la materia oscura», agregó Balaji.
Son los primeros días para este sospechoso de materia oscura
Por supuesto, este nuevo candidato de materia oscura está al comienzo de su vida teórica; ¡Ni siquiera tiene un nombre ágil como Wimp (partícula masiva débilmente que interactúa) o macho (objeto de halo compacto masivo) todavía!
A modo de comparación, las axiones han existido desde que fueron teorizados por primera vez por los físicos teóricos Frank Wilczek y Steven Weinberg en 1978.
Eso significa que hay muchas teorizaciones que hacer antes de que este candidato tome su lugar entre los axiones, los wimps, los machos, los agujeros negros primordiales y el resto en el alineación sospechosa de materia oscura.
«Necesitamos mediciones más precisas de ionización en el CMZ; si podemos mapear la ionización con mayor precisión, podríamos ver si sigue la distribución esperada de la materia oscura», dijo Balaji. «Si descartamos otras posibles fuentes de ionización, la hipótesis de la materia oscura se vuelve más convincente».
La próxima evidencia de una conexión entre la materia oscura aniquiladora y las emisiones extrañas de la CMZ podría ser entregada por la próxima NASA. Cosi (Spectrómetro e Imágenes de Compton) Telescopio espacial Gamma-Ray, programado para lanzarse en 2027.
COSI debería proporcionar mejores datos sobre los procesos astrofísicos de escala MEV (1 millón de EV), lo que podría ayudar a confirmar o descartar esta explicación de materia oscura.
Cualquiera sea el caso, esta investigación ha entregado un nueva forma de ver la influencia de la materia oscura.
«La materia oscura sigue siendo uno de los misterios más grandes de la física, y este trabajo muestra que podríamos haber estado pasando por alto sus sutiles efectos químicos en el cosmos», concluyó Balaji. «Si esta teoría se mantiene, podría abrir una forma completamente nueva de estudiar la materia oscura, no solo a través de su gravedad, sino a través de la forma en que da forma a la tela misma de nuestra galaxia».
La investigación del equipo se publicó el lunes (10 de marzo) en la revista Physical Review Letters.
