Os astrônomos estão intrigados há muito tempo por dois fenômenos estranhos no coração de nossa galáxia. Primeiro, o gás na zona molecular central (CMZ), uma região densa e caótica perto do núcleo da Through Láctea, parece estar ionizado (o que significa que é eletricamente carregado porque perdeu elétrons) a uma taxa surpreendentemente alta.
Segundo, telescópios detectaram um brilho misterioso de raios gama com uma energia de 511 quilo-eletronvolts (Kev) (que corresponde à energia de um elétron em repouso).
É interessante
As causas de ambos os efeitos permaneceram incertas, apesar de décadas de observação. Mas em um novo estudo, publicado em Cartas de revisão físicaMeus colegas e eu mostramos que ambos poderiam estar ligados a um dos ingredientes mais esquivos do universo: Matéria escura. Em explicit, propomos que uma nova forma de matéria escura, menos massiva do que os tipos que os astrônomos normalmente procuram, poderiam ser o culpado.
Processo oculto
O cmz abrange quase 700 anos -luz e contém alguns dos gases moleculares mais densos da galáxia. Ao longo dos anos, os cientistas descobriram que essa região é extraordinariamente ionizada, o que significa que as moléculas de hidrogênio estão sendo divididas em partículas carregadas (elétrons e núcleos) a uma taxa muito mais rápida do que o esperado.
Isso pode ser o resultado de fontes como raios cósmicos e luz das estrelas que bombardeiam o gás. No entanto, esses sozinhos não parecem ser capazes de explicar os níveis observados.
O outro mistério, a emissão de 511 kev, foi observado pela primeira vez Na década de 1970, mas ainda não tem fonte claramente identificada. Vários candidatos foram propostosincluindo supernovas, estrelas maciças, buracos negros e estrelas de nêutrons. No entanto, ninguém explica completamente o padrão ou intensidade da emissão.
Fizemos uma pergunta simples: os dois fenômenos poderiam ser causados pelo mesmo processo oculto?
Matéria escura compõe cerca de 85 % do assunto no universo, mas não emite ou absorve a luz. Embora seus efeitos gravitacionais sejam claros, os cientistas ainda não sabem do que é feito.
Uma possibilidade, muitas vezes esquecida, é que as partículas de matéria escura podem ser muito leves, com massas apenas alguns milhões de voltas eletrônicas, muito mais leves que um próton, e ainda desempenham um papel cósmico. Esses candidatos à matéria escura clara são geralmente chamados de partículas de matéria escura de sub-Gev (Giga Electronvolts).
Tais partículas de matéria escura podem interagir com suas antipartículas. Em nosso trabalho, estudamos o que aconteceria se essas partículas claras da matéria escura entrassem em contato com suas próprias antipartículas no centro galáctico e se aniquilavam, produzindo elétrons e pósitrons.
No denso gás da CMZ, essas partículas de baixa energia perderiam rapidamente energia e ionizariam as moléculas de hidrogênio circundantes com muita eficiência, derrubando seus elétrons. Como a região é tão densa, as partículas não viajariam muito. Em vez disso, eles depositariam a maior parte de sua energia localmente, o que corresponde muito bem ao perfil de ionização observado.
Usando simulações detalhadas, descobrimos que esse processo simples, as partículas de matéria escura aniquilando em elétrons e pósitrons, podem explicar naturalmente as taxas de ionização observadas na CMZ.
Melhor ainda, as propriedades necessárias da matéria escura, como sua força de massa e interação, não entram em conflito com nenhuma restrição conhecida do universo inicial. A questão sombria desse tipo parece ser uma opção séria.
O quebra -cabeça de Positron
Se a matéria escura estiver criando pósitrons no CMZ, essas partículas acabarão por desacelerar e, eventualmente, aniquilar com elétrons no ambiente, produzindo raios gama com a energia exatamente de 511 anos. Isso forneceria uma ligação direta entre a ionização e o brilho misterioso.
Descobrimos que, embora a matéria escura possa explicar a ionização, também pode ser capaz de replicar uma quantidade de radiação de 511-Kev. Essa descoberta impressionante sugere que os dois sinais podem potencialmente se originar da mesma fonte, matéria escura clara.
O brilho exato da linha 511-KEV depende de vários fatores, incluindo a eficiência dos pósitrons que formam estados ligados com elétrons e onde exatamente eles aniquilam. Esses detalhes ainda são incertos.
Uma nova maneira de testar o invisível
Independentemente de a emissão de 511 ionização e a ionização CMZ compartilhar uma fonte comum, a taxa de ionização na CMZ está emergindo como uma nova observação valiosa para estudar matéria escura. Em explicit, fornece uma maneira de testar modelos envolvendo partículas de matéria escura, difíceis de detectar usando experimentos de laboratório tradicionais.
Mover observações da Through Láctea pode ajudar a testar as teorias da matéria escura. Eso/y. Belectky, CC BY-SA
Em nosso estudoMostramos que o perfil de ionização previsto da matéria escura é notavelmente plana em todo o CMZ. Isso é importante, porque a ionização observada é realmente espalhada de maneira relativamente uniforme.
Fontes pontuais como o buraco negro no centro da galáxia ou fontes de raios cósmicos como supernovas (estrelas explosivas) não podem explicar facilmente isso. Mas um halo de matéria escura distribuída suavemente pode.
Nossas descobertas sugerem que o centro da Through Láctea pode oferecer novas pistas sobre a natureza elementary da matéria escura.
Os futuros telescópios com melhor resolução poderão fornecer mais informações sobre a distribuição e as relações espaciais entre a linha 511-KEV e a taxa de ionização CMZ. Enquanto isso, as observações contínuas do CMZ podem ajudar a descartar ou fortalecer a explicação da matéria escura.
De qualquer maneira, esses sinais estranhos do coração da galáxia nos lembram que o universo ainda está cheio de surpresas. Às vezes, olhando para dentro, para o centro dinâmico e brilhante de nossa própria galáxia, revela as dicas mais inesperadas do que está além.
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