Os físicos do MIT estão reatando a possibilidade, que eles já haviam apagado, que uma explosão brilhante de raios gama no centro de nossa galáxia pode ser o resultado de matéria escura, afinal.

Por anos, os físicos souberam de um misterioso excedente de energia no centro da Via Láctea, na forma de raios gama - as ondas mais energéticas do espectro eletromagnético. Esses raios são normalmente produzidos pelos mais quentes, objetos mais extremos do universo, como supernovas e pulsares.

Os raios gama são encontrados em todo o disco da Via Láctea, e, em sua maioria, os físicos entendem suas fontes. Mas há um brilho de raios gama no centro da Via Láctea, conhecido como excesso do centro galáctico, ou GCE, com propriedades que são difíceis para os físicos explicar, dado o que sabem sobre a distribuição das estrelas e do gás na galáxia.

Existem duas possibilidades principais para o que pode estar produzindo esse excesso:uma população de alta energia, estrelas de nêutrons em rotação rápida, conhecidas como pulsares, ou, mais atraente, uma nuvem concentrada de matéria escura, colidindo consigo mesmo para produzir um excesso de raios gama.

Em 2015, uma equipe da MIT-Princeton University, incluindo o professor associado de física Tracy Slatyer e os pós-doutorandos Benjamin Safdi e Wei Xue, desceu em favor dos pulsares. Os pesquisadores analisaram as observações do centro galáctico feitas pelo Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray, usando um "modelo de fundo" que desenvolveram para descrever todas as interações de partículas na galáxia que poderiam produzir raios gama. Eles concluíram, bastante definitivamente, que o GCE foi provavelmente resultado de pulsares, e não matéria escura.

Contudo, em um novo trabalho, liderado por Rebecca Leane, pós-doutoranda no MIT, Desde então, Slatyer reavaliou essa afirmação. Na tentativa de entender melhor o método analítico de 2015, Slatyer e Leane descobriram que o modelo que usaram poderia, na verdade, ser "enganado" para produzir o resultado errado. Especificamente, os pesquisadores executaram o modelo em observações reais de Fermi, como a equipe do MIT-Princeton fez em 2015, mas desta vez eles adicionaram um sinal extra falso de matéria escura. Eles descobriram que o modelo não conseguiu captar este sinal falso, e mesmo quando eles aumentaram o sinal, o modelo continuou a assumir que os pulsares estavam no centro do excesso.

Os resultados, publicado hoje no jornal Cartas de revisão física , destacar um "efeito de modelagem incorreta" na análise de 2015 e reabrir o que muitos pensavam ser um caso encerrado.

"É emocionante porque pensamos que tínhamos eliminado a possibilidade de que se tratasse de matéria escura, "Slatyer diz." Mas agora há uma brecha, um erro sistemático na afirmação que fizemos. Ele reabre a porta para que o sinal venha da matéria escura. "

Centro da Via Láctea:granulado ou liso?

Enquanto a Via Láctea se assemelha mais ou menos a um disco plano no espaço, o excesso de raios gama em seu centro ocupa uma região mais esférica, estendendo-se por cerca de 5, 000 anos-luz em todas as direções do centro galáctico.

Em seu estudo de 2015, Slatyer e seus colegas desenvolveram um método para determinar se o perfil dessa região esférica é liso ou "granulado". Eles raciocinaram que, se os pulsares são a fonte do excesso de raios gama, e esses pulsares são relativamente brilhantes, os raios gama que eles emitem devem habitar uma região esférica que, quando fotografado, parece granulado, com lacunas escuras entre os pontos brilhantes onde ficam os pulsares.

Se, Contudo, matéria escura é a fonte do excesso de raios gama, a região esférica deve parecer lisa:"Cada linha de visão em direção ao centro galáctico provavelmente tem partículas de matéria escura, então não devo ver nenhuma lacuna ou ponto frio no sinal, "Slatyer explica.

Ela e sua equipe usaram um modelo de fundo de toda a matéria e gás da galáxia, e todas as interações de partículas que poderiam ocorrer para produzir raios gama. Eles consideraram modelos para a região esférica do GCE que eram granulados por um lado ou lisos por outro, e desenvolveu um método estatístico para dizer a diferença entre eles. Eles, então, alimentaram as observações reais do modelo da região esférica, tirada pelo telescópio Fermi, e olhou para ver se essas observações se encaixam mais com um perfil liso ou granulado.

"Vimos que era 100 por cento granulado, e então dissemos, 'Oh, a matéria escura não pode fazer isso, então deve ser outra coisa, '"Slatyer relembra." Minha esperança era que este fosse apenas o primeiro de muitos estudos da região do centro da galáxia usando técnicas semelhantes. Mas em 2018, as principais verificações cruzadas do método ainda eram as que havíamos feito em 2015, o que me deixou muito nervoso, pensando que poderíamos ter perdido alguma coisa. "

Plantar uma farsa

Depois de chegar ao MIT em 2017, Leane se interessou em analisar dados de raios gama. Slatyer sugeriu que tentassem testar a robustez do método estatístico usado em 2015, para desenvolver uma compreensão mais profunda do resultado. Os dois pesquisadores fizeram a difícil pergunta:sob quais circunstâncias seu método não funcionaria? Se o método resistiu ao interrogatório, eles poderiam estar confiantes no resultado original de 2015. Se, Contudo, eles descobriram cenários em que o método entrou em colapso, sugeriria que algo estava errado com sua abordagem, e talvez a matéria escura ainda pudesse estar no centro do excesso de raios gama.

Leane e Slatyer repetiram a abordagem da equipe do MIT-Princeton de 2015, mas em vez de alimentar os dados do modelo Fermi, os pesquisadores basicamente desenharam um mapa falso do céu, incluindo um sinal de matéria escura, e pulsares que não foram associados ao excesso de raios gama. Eles alimentaram este mapa no modelo e descobriram que, apesar de haver um sinal de matéria escura na região esférica, o modelo concluiu que essa região era provavelmente granulada e, portanto, dominada por pulsares. Esta foi a primeira pista, Slatyer diz, que seu método "não era infalível".

Em uma conferência para apresentar seus resultados até agora, Leane recebeu a pergunta de um colega:e se ela adicionasse um sinal falso de matéria escura que fosse combinado com observações reais, em vez de um mapa de fundo falso?

A equipe aceitou o desafio, alimentando o modelo com dados do telescópio Fermi, junto com um sinal falso de matéria escura. Apesar da planta deliberada, sua análise estatística novamente perdeu o sinal de matéria escura e retornou um granulado, imagem semelhante a um pulsar. Mesmo quando eles aumentaram o sinal de matéria escura para quatro vezes o tamanho do excesso de raios gama real, seu método falhou em ver isso.

"Nesse estágio, Eu estava muito animado, porque eu sabia que as implicações eram muito grandes - isso significava que a explicação da matéria escura estava de volta à mesa, "Leane diz.

Ela e Slatyer estão trabalhando para entender melhor o preconceito em sua abordagem, e espero eliminar esse preconceito no futuro.

"Se for realmente matéria escura, esta seria a primeira evidência da matéria escura interagindo com a matéria visível por meio de outras forças além da gravidade, "Leane diz." A natureza da matéria escura é uma das maiores questões em aberto na física no momento. Identificar esse sinal como matéria escura pode nos permitir finalmente expor a identidade fundamental da matéria escura. Não importa qual seja o excesso, vamos aprender algo novo sobre o universo. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.