Pulsar o materia oscura? Bagliori nella Via Lattea / Pulsars or Dark Matter? Glowing Stars in the Milky Way

Pulsar o materia oscura? Bagliori nella Via Lattea / Pulsars or Dark Matter? Glowing Stars in the Milky Way

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Mappa delle sorgenti gamma galattiche elaborata grazie ai dati dello strumento LAT del telescopio Fermi / Map of galactic gamma-ray sources developed using data from the Fermi Telescope's LAT instrument.

L’eccesso di emissione di raggi gamma registrato nel cuore della nostra galassia potrebbe essere dovuto – con uguale probabilità, stima uno studio su Physical Review Letters – alle pulsar millisecondo od a collisioni fra particelle di materia oscura. Se fosse confermata questa seconda ipotesi, saremmo davanti alla prima traccia elettromagnetica dell’esistenza dell’inafferrabile sostanza.

L’eccesso di radiazione gamma dal centro della galassia potrebbe rappresentare la prima prova elettromagnetica dell’esistenza della materia oscura, materia della quale – pur costituendo, almeno in teoria, quattro quinti di tutta la massa dell’universo – siamo riusciti a cogliere per ora solo gli effetti gravitazionali.

Tutto parte dal bagliore diffuso di raggi gamma che strumenti come Lat, a bordo del telescopio spaziale Fermi della Nasa, osservano ormai da decenni nei pressi del cuore della Via Lattea. Un eccesso di radiazione che lascia perplessi gli scienziati. Stando alle ipotesi attuali, le responsabili di questo fondo ad altissima energia potrebbero essere due: le pulsar o la collisione fra particelle di materia oscura. Decidere quale fra le due ipotesi sia quella corretta è difficile: come illustrato in un articolo pubblicato la settimana scorsa su Physical Review Letters da un gruppo guidato da Moorits Mihkel Muru del Leibniz-Institut für Astrophysik di Potsdam (Germania) e da Joseph Silk dell’Institut d’Astrophysique de Paris (Francia), i dati ad oggi disponibili dicono che la probabilità è sostanzialmente la stessa. 

Volendo vedere il bicchiere mezzo pieno, ciò significa che c’è una possibilità tutt’altro che trascurabile che questo eccesso di radiazione gamma rappresenti, come dicevamo, il primo indizio osservativo diretto dell’esistenza della materia oscura. E stando agli autori dell’articolo le ragioni per essere ottimisti non mancano. Anzitutto, l’ipotesi che all’origine dell’eccesso di raggi gamma possano esservi le pulsar presenta un problema quantitativo: per essere in accordo con le misure ed i modelli, dovrebbero esistere più pulsar di quelle che conosciamo. Inoltre, le mappe prodotte dal gruppo di Muru e Silk attraverso simulazioni che, per la prima volta, tengono conto anche della storia della formazione della nostra galassia – e dunque del modo in cui le particelle di materia oscura vi si sono man mano addensate, con un conseguente aumento del numero di collisioni – sembrano corrispondere molto bene con le misure dell’emissione gamma raccolte, appunto, dal telescopio spaziale Fermi. 

Certo siamo ancora ben lontani dal poter parlare di prova definitiva, come riconoscono gli stessi autori dello studio. Però una strada promettente è tracciata. E l’ormai imminente entrata in funzione di Ctao, il Cherenkov Telescope Array Observatory, in grado di produrre dati ad alta risoluzione e di misurare segnali ad altissima energia, potrebbe rappresentare in questo senso un passo avanti significativo. 

Nell’attesa, Muru, Silk e colleghi stanno pianificando un nuovo esperimento per misurare con precisione l’energia dei raggi gamma provenienti dalla Via Lattea. Valori elevati indicherebbero che all’origine vi siano le pulsar millisecondo. Valori più ridotti suggerirebbero, al contrario, che siano il prodotto a bassa energia di collisioni fra particelle di materia oscura.

«Un segnale netto rappresenterebbe, secondo me, una prova schiacciante», conclude Silk.

ENGLISH

The excess gamma-ray emission recorded at the heart of our galaxy could be due—with equal probability, according to a study in Physical Review Letters—to millisecond pulsars or collisions between dark matter particles. If the latter hypothesis is confirmed, we would be witnessing the first electromagnetic evidence of the existence of this elusive substance.

The excess gamma radiation from the center of the galaxy could represent the first electromagnetic evidence of the existence of dark matter, matter of which—despite constituting, at least in theory, four-fifths of the universe's mass—we have so far only been able to detect the gravitational effects.

It all stems from the diffuse glow of gamma rays that instruments like LAT, aboard NASA's Fermi space telescope, have been observing for decades near the heart of the Milky Way. This excess radiation has scientists perplexed. According to current hypotheses, two sources could be responsible for this very high-energy background: pulsars or collisions between dark matter particles. Deciding which of the two hypotheses is correct is difficult: as illustrated in an article published last week in Physical Review Letters by a team led by Moorits Mihkel Muru of the Leibniz Institute for Astrophysics in Potsdam, Germany, and Joseph Silk of the Institut d'Astrophysique de Paris, France, the data available to date suggest that the probability is essentially the same.

If we want to see the glass half full, this means there's a non-negligible possibility that this excess gamma radiation represents, as we said, the first direct observational evidence of the existence of dark matter. And according to the authors of the article, there's no shortage of reasons for optimism. First of all, the hypothesis that pulsars could be the source of the excess gamma rays presents a quantitative problem: for it to be consistent with measurements and models, there would have to be more pulsars than we know of. Furthermore, the maps produced by Muru and Silk's team through simulations that, for the first time, also take into account the formation history of our galaxy—and thus the way dark matter particles gradually accumulated within it, resulting in an increase in the number of collisions—appear to match very well with the gamma-ray emission measurements collected by the Fermi space telescope.

Of course, we're still far from being able to call this definitive proof, as the study's authors themselves acknowledge. However, a promising path is being paved. And the imminent commissioning of the Cherenkov Telescope Array Observatory (CTOA), capable of producing high-resolution data and measuring very high-energy signals, could represent a significant step forward in this regard.

In the meantime, Muru, Silk, and colleagues are planning a new experiment to precisely measure the energy of gamma rays from the Milky Way. High values ​​would indicate their origin is millisecond pulsars. Smaller values, on the contrary, would suggest that they are the product of low-energy collisions between dark matter particles.

"A clear signal would, in my opinion, be overwhelming evidence," Silk concludes.

Da:

https://www.media.inaf.it/2025/10/20/raggi-gamma-via-lattea-dark-matter/