El equipo del Telescopio Espacial Fermi ha encontrado galaxias oscuras en el cielo sin estrellas, pero con materia oscura ardiendo. Los descubridores aún no creen en el hallazgo y es imposible verificar de forma independiente sus resultados; los científicos no revelan dónde están los candidatos
Además del gran conflicto de dos culturas, "físicos y letristas", introducido en circulación por el británico Charles Snow hace exactamente 50 años, durante siglos también ha habido un pequeño conflicto que afecta exclusivamente a los "físicos". Es un choque entre teoría y experimento, en el que los primeros suelen desempeñar el papel de liberales imprudentes y los segundos de conservadores responsables.
En el último par de años en astrofísica, este conflicto en ninguna parte se ha manifestado tan claramente como en la historia de las partículas de materia oscura, cuya transformación en la sustancia a la que estamos acostumbrados, ven algunos científicos, mientras que otros no. Ambas creencias se basan en los mismos datos.
Paparazzi y PAMELA
Desintegración y aniquilación La
desintegración se denomina desintegración espontánea de partículas, como la desintegración de un núcleo de uranio o un neutrón que abandona cualquier núcleo atómico. La aniquilación es la destrucción mutua de las partículas cuando se encuentran, por ejemplo, la aniquilación de un electrón y un positrón y, en general, la materia y la antimateria.
La tasa de desintegración depende solo del número de partículas inestables, y la señal de aniquilación determina la frecuencia de las colisiones de partículas entre sí. Por lo tanto, la tasa de desintegración es proporcional a la densidad y la tasa de aniquilación es proporcional al cuadrado de esta cantidad. Así es como los astrónomos esperan distinguir la aniquilación de la desintegración en los datos de observación.
La mayor tensión de pasión se alcanzó a mediados de 2008, cuando el experimento científico internacional PAMELA a bordo del satélite ruso Resurs-DK descubrió un exceso de positrones de alta energía en las proximidades del Sol. Bien podrían haber nacido durante la descomposición espontánea o la aniquilación mutua de partículas exóticas, que se supone que constituyen la materia oscura.
norte
Por supuesto, son posibles otras explicaciones, pero la perspectiva de "ver" la materia invisible era tan atractiva que para obtener datos inéditos de PAMELA, sobre los cuales circulaban rumores en el entorno astrofísico, muchos jóvenes teóricos hicieron todo lo posible. Algunos incluso fotografiaron gráficos PAMELA inéditos en teléfonos móviles durante los informes de los participantes del proyecto en conferencias y, en base a estos datos, escribieron artículos teóricos. Estas almas valientes, que violan las reglas éticas no escritas de la comunidad científica, incluso han sido apodadas como "paparazzi científicos".
Como resultado, los datos de PAMELA fueron publicados formalmente, pero aún no tienen una interpretación inequívoca. Alguien piensa que se trata de rastros de partículas oscuras, alguien culpa a las estrellas de neutrones en las cercanías del Sol por su aparición, alguien generalmente cree que estamos hablando de errores sistemáticos no contabilizados en el funcionamiento del equipo PAMELA.
Niebla, niebla
Muchos esperaban que la situación se aclarara con el lanzamiento del Observatorio Espacial Fermi, que detecta fotones de muy altas energías. Bien pueden producirse mediante la interacción de la luz ordinaria con partículas cargadas de alta energía (esto es la llamada retrodispersión de Compton). Y así es como los científicos esperaban aclarar la situación con los datos de PAMELA.
WMAP Haze WMAP ha
encontrado un exceso de radiación de microondas del centro de la galaxia, la llamada "bruma WMAP", que permanece en los datos después de restarles todas las fuentes de microondas conocidas. Una de las explicaciones más probables es la radiación de sincrotrón de electrones energéticos que se enrollan en la línea de inducción de los campos magnéticos interestelares. Exactamente en los mismos electrones, con la ayuda del efecto Compton inverso, se pueden producir fotones de alta energía, que Fermi puede ver.
Si las partículas de materia oscura realmente se convierten en la fuente de positrones y electrones energéticos, entonces deberían nacer más a menudo exactamente donde hay más materia oscura. Según los conceptos modernos, estos lugares se consideran centros de galaxias. Así que los astrónomos esperaban ver a Fermi dirigirse hacia el corazón de nuestra propia Vía Láctea. Además, los astrónomos recibieron un indicio de una gran cantidad de electrones aquí hace varios años de la nave espacial WMAP.
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Fermi entró en órbita en junio de 2008 y comenzó a recopilar datos científicos unos meses después. De acuerdo con las reglas del grupo, los datos del telescopio aparecen en el espacio público solo un año después de ser recibidos, para permitir que "sus" teóricos puedan sacarles la crema científica principal. El año se acababa a principios de otoño, pero un grupo de teóricos no esperó y casi repitió la historia con los "paparazzi científicos". Según un artículo que apareció en julio, Fermi ve un exceso de radiación hacia el centro galáctico. Además, un análisis preliminar mostró que esta radiación puede generarse exactamente en las mismas partículas que capturó el proyecto PAMELA.
Sin embargo, cuando se publicaron los datos de Fermi, los científicos repitieron su análisis y afirmaron con más seguridad: además de la "bruma WMAP" también hay una "bruma Fermi", en la que encaja bien la teoría de la descomposición o aniquilación de la materia oscura. Este trabajo, liderado por Gregory Dobler del Harvard Center for Astrophysics, ya no se avergüenza de referirse incluso a científicos serios, aunque sus resultados no difieren demasiado de las conclusiones del trabajo anterior del mismo grupo.
Señor No
Sin embargo, hay una advertencia importante. Incluso si existe una gran cantidad de electrones y positrones de alta energía en la región del centro galáctico (y hay cada vez menos dudas sobre esto), entonces su origen a partir de partículas de materia oscura aún debe demostrarse. En principio, pueden tener otras fuentes, por ejemplo, ondas de choque de explosiones de supernovas o todas las mismas estrellas de neutrones que permanecen en el lugar de tales explosiones. El centro de la Galaxia debería estar repleto de ambos, simplemente porque hay tantas estrellas, algunas de las cuales tarde o temprano explotan. Y aunque los modelos alternativos deberían ser bastante “inverosímiles”, para muchos sigue siendo una explicación más aceptable que algún tipo de materia oscura.
"Dobler y compañía han pisado hielo fino", advirtió Elliot Bloom, uno de los pocos teóricos puros del equipo de experimentos de Fermi, después de que se publicó su artículo. En su corazón, esta persona probablemente tenga que luchar consigo mismo: un teórico que dedicó la mitad de su vida a las perspectivas de una explicación indirecta de la naturaleza de la materia oscura, recientemente se convirtió en el "Sr. No" de la colaboración de Fermi. Es él quien más a menudo tiene que comentar trabajos como el artículo de Dobler y convencer a colegas y periodistas de que las conclusiones de los "advenedizos" son al menos prematuras.
Irónicamente, es el trabajo de Bloom (archivo pdf), presentado en nombre de la colaboración en forma de póster en el simposio Fermi 2009 en Washington, que puede comenzar otro episodio en la historia de la detección observacional de materia oscura. Los resultados de este trabajo llamaron la atención sobre un conocido semillero de rumores físicos: el blog Resonaances, que es mantenido por el físico polaco Adam Falkowski de la American Rutgers University.
Galaxias oscuras
El problema de
la subestructura La discrepancia entre la teoría predicha y el número real de satélites enanos en la Vía Láctea y otras galaxias se denomina problema de subestructura. Su solución estándar es que hay galaxias enanas a nuestro alrededor, pero no se forman estrellas en ellas.
La evidencia reciente sugiere que tal explicación puede funcionar: el más pequeño de los satélites recientemente descubiertos en nuestra galaxia en realidad consta de solo unos pocos cientos de estrellas. Pero su masa (se puede estimar por el movimiento de las estrellas) es mucho mayor. Se supone que la mayor parte está contenida en materia oscura.
Bloom razonó correctamente: para excluir una alternativa con la aceleración de electrones en ondas de choque, hay que buscar dónde no explotan las supernovas. Idealmente, donde no hay estrellas en absoluto, y debería haber materia oscura. Según la teoría, tales halos de materia oscura sin estrellas deberían rodear nuestra galaxia; la teoría predice una docena o dos veces más de galaxias enanas de las que realmente se observan.
Para encontrar lo que las estrellas no iluminan, Bloom y su colega Pin Wan tuvieron que hojear todo el archivo de datos de Fermi en busca de objetos extendidos, cuya radiación gamma coincide con el modelo de descomposición o aniquilación de partículas de materia oscura. Además, dichos objetos no deberían coincidir con fuentes conocidas y el flujo de fotones de ellos no debería cambiar con el tiempo.
Bloom y Wang encontraron 54 fuentes extendidas que destacaban al menos cuatro desviaciones estándar por encima del fondo. Después de examinar cada uno de ellos secuencialmente, los científicos rechazaron 50 posibles "galaxias sin estrellas" por considerarlas inadecuadas. Quedan cuatro que cumplen los criterios. Sobre el fondo, todos se destacan ni siquiera por cuatro, sino por al menos cinco desviaciones estándar.
No obstante, Bloom volvió a ponerse la máscara de "Sr. No" y concluyó que no se habían detectado nuevas enanas oscuras en los datos de Fermi durante los primeros diez meses. El principal argumento dado por el científico es la discrepancia entre los espectros de estas fuentes y los modelos teóricos elegidos de la desintegración de la materia oscura.
Pregunta sutil
Pero esto es ridículo, cree Falkovsky, - déle a un teórico normal casi cualquier espectro en sus manos, y en 15 minutos se le ocurrirá un modelo que describirá este espectro. Aproximadamente 15 minutos es, por supuesto, una exageración artística, pero los modelos de decadencia y aniquilación hasta ahora ofrecen un margen muy amplio para la maniobra teórica.
Quizás por eso Bloom no da espectros. No da en su trabajo las coordenadas de los candidatos ni ningún otro dato sobre ellos.
Todo esto es muy intrigante, cree Falkovsky. Bloom no dice que no haya galaxias oscuras, solo afirma que "no se encontraron en los datos de Fermi durante los primeros diez meses". Nadie sabe qué pasará con los datos durante los próximos años. Lo que está claro es que Bloom, como miembro de la colaboración de Fermi, tendrá acceso a ellos antes que nadie.
