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‎Misión de Fermi de la NASA Amplía la Búsqueda de Materia Oscura‎

‎Materia Oscura, la misteriosa sustancia que constituye la mayor parte del universo material, sigue siendo tan elusiva como siempre. Aunque los experimentos sobre el terreno y en el espacio tienen aún para encontrar un rastro de materia oscura, los resultados están ayudando a los científicos descartan algunas de las muchas posibilidades teóricas. Tres estudios publicados a principios de este año, con seis o más años de los datos de Fermi telescopio del espacio de rayos Gamma de la NASA, han ampliado la caza de Materia Oscura de la misión con algunos nuevos enfoques.

‎"Hemos buscado los sospechosos habituales en los lugares usuales y no encontrado señales sólidas, por lo que hemos empezado a buscar en algunas nuevas maneras creativas," dijo Julie McEnery, científico del proyecto Fermi en el Centro del Vuelo Espacial de Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "Con estos resultados, Fermi ha excluido a más candidatos, ha demostrado que la Materia Oscura puede contribuir a sólo una pequeña parte del fondo de rayos gamma más allá de nuestra galaxia, la Vía Láctea y ha producido fuertes límites para las partículas de Materia Oscura en la segunda galaxia orbitando."

‎Materia Oscura no emite ni absorbe la luz, principalmente interactúa con el resto del Universo a través de la Gravedad, sin embargo, representa el 80 por ciento de la Materia en el Universo. Los Astrónomos ven sus efectos en todo el cosmos - en la rotación de las galaxias, en la distorsión de la luz que pasa a través de cúmulos de galaxias y en simulaciones del Universo Temprano, que requieren la presencia de Materia Oscura en galaxias de forma en todo.

‎Los principales candidatos para Materia Oscura son diferentes clases de partículas hipotéticas. Los científicos creen que los Rayos Gamma, la forma más alta energía de la luz, puede ayudar a revelar la presencia de algunos tipos de partículas de Materia Oscura propuesta. Previamente, Fermi ha buscado testigo señales de Rayos Gamma asociadas a Materia Oscura en el ‎‎centro de nuestra galaxia‎‎ y de ‎‎galaxias enanas pequeñas‎‎ orbitando alrededor de nuestra propia Galaxia.

Aunque no se encontraron señales convincentes, estos resultados eliminan a candidatos dentro de un rango específico de las masas y tipos de interacción, limitando aún más las posibles características de las partículas de Materia Oscura.

‎Entre los nuevos estudios, el más exótico escenario investigado fue la posibilidad de que la Materia Oscura podría consistir en partículas hipotéticas llamadas axiones u otras partículas con propiedades similares. Un aspecto intrigante de axion-como partículas es su capacidad para convertirse en Rayos Gamma y de nuevo cuando interactúan con los Campos Magnéticos Fuertes. Estas conversiones se dejan rastros característicos, como huecos o pasos, en el espectro de una fuente brillante de Rayos Gamma.
Animation of gamma rays and Fermi
‎Top: los Rayos Gamma (líneas magentas) procedente de una fuente brillante de NGC 1275 en el racimo de la galaxia de Perseo debe formar un tipo particular de espectro (derecha). Abajo: Rayos Gamma hipotéticos Axión-como partículas (guiones verdes) a convertir y nuevamente cuando se encuentran con los Campos Magnéticos (gris curvas). El espectro de Rayos Gamma resultante ((curva inferior a la derecha) muestra pasos inusuales y lagunas no vistas en los datos de Fermi, que significa una amplia gama de estas partículas no pueden hacer una parte de la Materia Oscura.‎
‎Créditos: SLAC National Accelerator laboratorio/Chris Smith

‎Manuel Meyer Universidad de Estocolmo condujo un estudio para buscar estos efectos de los Rayos Gamma de NGC 1275, la galaxia central del racimo de la galaxia de Perseus, había ubicada unos 240 millones de años luz lejos. Las emisiones de alta energía de NGC 1275 se piensan para ser asociado a un Agujero Negro Super masivo en su centro. Como todos los racimos de la galaxia, ‎‎el cúmulo de Perseo se llena con gas caliente‎‎ roscados con Campos Magnéticos, que permitiría el cambio de los Rayos Gamma y partículas de axion. Esto significa que algunos de los Rayos Gamma procedentes de NGC 1275 podrían convertir en axiones--y potencialmente nuevamente--como hacen su manera a nosotros.

‎Equipo de Meyer recogió observaciones telescopio grande de área (LAT) de Fermi y buscado predichas distorsiones en la señal de Rayos Gamma. ‎‎Los resultados‎‎, publicados el 20 de abril en las Cartas de Revisión Física, excluir una pequeña gama de axion-como partículas que podría haber formado alrededor del 4 por ciento de Materia Oscura.

‎"Si bien aún no sabemos qué materia oscura es, que nuestros resultados muestran podemos axion modelos la punta de prueba y proporcionar las limitaciones más fuertes hasta la fecha de ciertas masas," dijo Meyer. "Notable, alcanzamos una sensibilidad que pensamos que sólo serían posibles en un experimento de laboratorio dedicados, que es un testimonio de Fermi".

‎Otra clase amplia de candidatos de Materia Oscura se llama Partículas Masivas Interacción Débil (WIMPs). En algunas versiones, WIMPs chocan mutuamente aniquilan o producen una partícula intermedia, rápidamente que se decae. Ambos escenarios resultan en Rayos Gamma que pueden ser detectados por el LAT.

‎Caputo de Regina de la Universidad de California, Santa Cruz, busca estas señales de nube de Magellanic pequeña (SMC), que se encuentra a unos 200.000 años luz de distancia y es el segundo más grande de las galaxias satélite pequeña orbitando la Vía Láctea. Parte del atractivo de la SMC para una búsqueda de Materia Oscura es que se encuentra relativamente cerca de nosotros y su emisión de Rayos Gamma de fuentes convencionales, como la formación de estrellas y pulsares, se entiende bien. Lo más importante, los Astrónomos tienen mediciones de alta precisión de la curva de rotación de la SMC, que muestra cómo su velocidad cambia con la distancia desde su centro e indica cuánta Materia Oscura está presente. ‎‎En un artículo‎‎ publicado en física D de 22 de marzo, Caputo y sus colegas modelan el contenido de la Materia Oscura del SMC, que poseyó a producir señales detectables para dos tipos WIMP.
Small Magellanic Cloud galaxy photo vs. model of its dark matter
‎La nube pequeña de Magallanes (SMC), en el centro, es la galaxia de segundo satélite orbitando alrededor de nuestro propio. Esta imagen superpone una fotografía del SMC con una media de un modelo de la Materia Oscura (de centro). Colores más claros indican una mayor densidad y muestran una fuerte concentración hacia el centro de la galaxia. Noventa y cinco por ciento de la Materia Oscura está dentro de un círculo trazado del borde externo del modelo. En seis años de datos, Fermi no encuentra ninguna indicación de Rayos Gamma de Materia Oscura de la SMC.‎
‎Créditos: Materia Oscura, R. Caputo et al 2016; Fondo, Axel Mellinger, Universidad Central de Michigan

‎"LAT definitivamente ve Rayos Gamma del SMC, pero podemos explicar todo a través de fuentes convencionales,", dijo Caputo. "No hay señal de la aniquilación de Materia Oscura fue encontrada para ser estadísticamente significativa".

‎En el tercer estudio, los investigadores dirigidos por Marco Ajello Universidad de Clemson en Carolina del Sur y Mattia Di Mauro en el ‎‎SLAC National Accelerator Laboratory‎‎ en California tomó la búsqueda en una dirección diferente. En lugar de mirar objetivos astronómicos específicos, el equipo utilizó más de 6,5 años de datos LAT analizar el brillo de fondo de Rayos Gamma, visto en el cielo.

‎La naturaleza de esta luz, llamada el fondo extragaláctica de Rayos Gamma (EGB) ha sido debatida desde que primero fue medido por NASA ‎‎Astronomía satélite 2 pequeños‎‎ en la década de 1970. Fermi ha demostrado que gran parte de esta luz surge de fuentes de rayos gamma sin resolver, particularmente galaxias llamadas ‎‎blazars, que son alimentados por el material cayendo hacia gigantescos agujeros negros‎‎. Blazars constituyen más de la mitad de las fuentes de Rayos Gamma total vistas por Fermi, y constituyen una parte aún mayor en un ‎‎nuevo catálogo LAT‎‎ de los Rayos Gamma de Alta Energía.
Animation showing two images of gamma-ray sky taken by Fermi's Large Area Telescope
‎Esta animación alterna entre dos imágenes del cielo de Rayos Gamma como se ve por de Fermi gran área telescopio (LAT), uno con los primeros tres meses de los datos de LAT, el otro que muestra una exposición acumulativa de siete años. El color azul, que representa a los Rayos Gamma Menores, incluye el fondo extragaláctica de Rayos Gamma. Blazars conforman la mayoría de las fuentes luminosas que se muestra (de color rojo a blanco). Con el aumento de la exposición, Fermi revela más de ellos. Un nuevo estudio muestra blázares son casi totalmente responsables por el brillo de fondo.‎
‎Créditos: NASA/DOE/Fermi LAT colaboración

‎Algunos modelos predicen que los Rayos Gamma EGB podrían surgir de lejanas interacciones de las partículas de Materia Oscura, como la aniquilación o descomposición de WIMPs. En un ‎‎análisis detallado‎‎ de gran energía Rayos Gamma EGB, publicado el 14 de abril en las Cartas de Revisión Física, Ajello y su equipo muestran que blazars y otras fuentes discretas pueden explicar casi la totalidad de esta emisión.

‎"Hay muy poco espacio para las señales de las fuentes en el fondo extragaláctica de Rayos Gamma, que a su vez significa que cualquier contribución de estas fuentes debe ser bastante pequeña," dijo Ajello. "Esta información puede ayudarnos a poner límites en cómo a menudo cobarde partículas chocan o decaimiento."

‎Aunque estos últimos estudios han subido con las manos vacías, la búsqueda de Materia Oscura continúa tanto en espacio como en experimentos terrestres. Fermi se une en su búsqueda ‎‎Espectrómetro magnético Alfa‎‎, un detector de partículas en la Estación Espacial Internacional de la NASA.

‎Telescopio rayos Gamma Fermi de la NASA es una asociación de Astrofísica y física de partículas, desarrollada en colaboración con el Departamento de energía de Estados Unidos y con importantes contribuciones de instituciones académicas y socios en Francia, Alemania, Italia, Japón , Suecia y Estados Unidos.

By Francis Reddy
NASA's Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.

Last Updated: Aug. 4, 2017
Editor: Ashley Morrow

Traducción: El Quelonio Volador‎



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