En el pasado reciente, Las misiones espaciales dedicadas al estudio de señales astrofísicas en el espectro de alta energía revelaron una serie de excesos enigmáticos no previstos por los modelos teóricos. Para encontrar una explicación de estas anomalías, se han propuesto muchas soluciones. La hipótesis más interesante invoca la contribución de la elusiva materia oscura, la forma misteriosa de la materia cuatro veces más abundante que la materia bariónica, y de los cuales los científicos hasta ahora solo han detectado efectos gravitacionales.

Dos estudios teóricos recientes llevados a cabo por Mattia di Mauro, investigador de la división de Turín de INFN, uno de los cuales apareció hoy en Revisión física D , confirmar que esta explicación es compatible con los excesos medidos, demostrando además que no está refutado por posibles discrepancias entre los datos teóricos y de observación. Los resultados obtenidos se basan en un análisis innovador y refinado que compara los datos adquiridos en los últimos 11 años por el instrumento principal a bordo del Fermi de la NASA. el telescopio de área grande de Fermi (LAT), con mediciones de otras anomalías astronómicas registradas por el detector orbital Pamela y por el experimento del Espectrómetro Magnético Alfa (AMS-02) a bordo de la Estación Espacial Internacional. Pamela y AMS son gestionadas por colaboraciones internacionales en las que INFN juega un papel decisivo.

A partir de 2009, el año en el que las mediciones de Fermi mostraron un excedente de fotones con energías iguales o superiores a 1 GeV (2000 veces la masa de un electrón) provenientes del centro de nuestra galaxia, La comunidad de astrofísica ha intentado explicar las observaciones de varias formas, incluida la posible presencia de miles de púlsares débiles cerca del centro galáctico y la posible contribución de rayos gamma proporcionada por la materia oscura. Estos análisis estaban sujetos a una gran incertidumbre ya que se referían a modelos del llamado fondo astrofísico de rayos gamma, producido por rayos cósmicos o por fuentes conocidas, cuales, aunque capaz de incluir una cierta variabilidad, están sujetos a un gran error.

Para describir con mayor precisión las propiedades del exceso de rayos gamma y evaluar si es realmente compatible con la materia oscura, el nuevo estudio se basó en el conjunto más amplio de datos recopilados en el último año por LAT, y utilizó una técnica de análisis que minimiza las incertidumbres del trasfondo astrofísico mediante la adopción de múltiples modelos. "La metodología de análisis utilizada, "explica Mattia di Mauro, "ha proporcionado información muy relevante sobre la distribución espacial del exceso de radiación gamma, lo que puede explicar qué genera el exceso de fotones de alta energía en el centro galáctico. Si el exceso fue, por ejemplo, causado por la interacción entre los rayos cósmicos y los átomos, esperaríamos observar su mayor distribución espacial a menores energías y su menor difusión a mayores energías debido a la propagación de partículas cósmicas. Mi estudio, por otra parte, subraya cómo la distribución espacial del exceso no cambia en función de la energía. Este aspecto nunca se había observado antes y podría explicarse por la interpretación de la presencia de materia oscura de la materia oscura. Esto se debe a que creemos que las partículas que componen el halo de materia oscura deberían tener energías similares. El análisis muestra claramente que el exceso de rayos gamma se concentra en el centro galáctico, exactamente lo que esperaríamos encontrar en el corazón de la Vía Láctea si la materia oscura fuera de hecho un nuevo tipo de partícula ".

Un segundo estudio, que se publicará en la misma revista, examina la validez de la hipótesis de la materia oscura utilizando las predicciones de un modelo más grande que describe las posibles interacciones de las partículas de este escurridizo componente del universo. Un modelo teórico demostró cómo la existencia de partículas de materia oscura no es refutada por otras anomalías registradas en el trasfondo astrofísico. Estos incluyen el exceso de positrones medidos por Pamela y AMS-02, si se atribuye a un excedente de materia oscura, y la no detección de fotones de alta energía de galaxias enanas cercanas a la nuestra, cuyos movimientos estelares implican la presencia de altas concentraciones de materia oscura.

Di Mauro dice:"A partir del modelo físico desarrollado en este segundo estudio, después de considerar diferentes resultados para la interacción y aniquilación de partículas de materia oscura, alternativas que precederían a la producción de fotones de alta energía, verificamos cuál de estas posibilidades concordaba mejor con el exceso de rayos gamma del centro galáctico, considerando también el excedente de positrones y la no detección de rayos gamma de galaxias enanas. Esta comparación ha permitido derivar propiedades precisas de la materia oscura, propiedades compatibles con el exceso del centro galáctico y los límites superiores encontrados con otros datos de partículas ".