Un misterioso bagliore al centro della Via Lattea potrebbe rimodellare un'importante teoria cosmica / Mysterious glow at the Milky Way's center could reshape a major cosmic theory

Un misterioso bagliore al centro della Via Lattea potrebbe rimodellare un'importante teoria cosmica / Mysterious glow at the Milky Way's center could reshape a major cosmic theory

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

L'immagine del telescopio Fermi sulle emissioni di raggi gamma nella Via Lattea. Un insolito eccesso di raggi gamma al centro della galassia ha a lungo lasciato perplessi gli astronomi e potrebbe essere la prova dell'elusiva materia oscura.  / The Fermi telescope’s view of gamma ray emissions in the Milky Way. A peculiar excess of gamma rays at the galaxy’s center has long puzzled astronomers, and could be evidence of elusive dark matter.

Un misterioso bagliore al centro della Via Lattea ha lasciato perplessi gli astronomi per oltre un decennio. Una nuova ricerca offre una spiegazione che potrebbe anche rimodellare ciò che sappiamo sulla materia oscura.

Nuove simulazioni rivelano che la materia oscura al centro della nostra galassia è "appiattita", non rotonda come si pensava in precedenza. La scoperta potrebbe indicare l'origine di un misterioso bagliore ad alta energia che ha lasciato perplessi gli astronomi per oltre un decennio, sebbene siano necessarie ulteriori ricerche per escludere altre teorie.

"Quando il telescopio spaziale Fermi ha puntato verso il centro galattico, ha misurato troppi raggi gamma", ha dichiarato via email a Live Science Moorits Mihkel Muru, ricercatore presso il Leibniz Institute for Astrophysics di Potsdam in Germania e l'Università di Tartu in Estonia. "Diverse teorie competono per spiegare cosa potrebbe produrre quell'eccesso, ma nessuno ha ancora la risposta definitiva".

Inizialmente, gli scienziati avevano ipotizzato che il bagliore potesse derivare dalla collisione e dall'annichilazione reciproca di particelle di materia oscura. Tuttavia, la forma appiattita del segnale non corrispondeva agli aloni sferici ipotizzati nella maggior parte dei modelli di materia oscura. Questa discrepanza ha portato molti scienziati a preferire una spiegazione alternativa che coinvolge le pulsar al millisecondo, antiche stelle di neutroni in rapida rotazione che emettono raggi gamma.

Ora, uno studio pubblicato il 16 ottobre sulla rivista Physical Review Letters e guidato da Muru mette in discussione l'ipotesi di lunga data sulla forma della materia oscura. Utilizzando simulazioni avanzate della Via Lattea, Muru ed i suoi colleghi hanno scoperto che la materia oscura vicino al centro galattico non è perfettamente rotonda, ma appiattita, proprio come il segnale di raggi gamma osservato.

Un persistente enigma cosmico

I raggi gamma sono la forma di luce più energetica. Sono spesso prodotti negli ambienti più estremi dell'universo, come violente esplosioni stellari e materia che turbina attorno ai buchi neri. Eppure, anche dopo aver tenuto conto delle sorgenti note, gli astronomi hanno costantemente trovato un bagliore inspiegabile proveniente dal nucleo della Via Lattea.

Una delle spiegazioni proposte è che la radiazione provenga dalla materia oscura, la sostanza invisibile che costituisce la maggior parte della massa dell'universo. Alcuni modelli suggeriscono che le particelle di materia oscura possano occasionalmente scontrarsi tra loro, convertendo parte della loro massa in esplosioni di raggi gamma.

"Dato che non esistono misurazioni dirette della materia oscura, non ne sappiamo molto", ha detto Muru. "Una teoria è che le particelle di materia oscura possano interagire tra loro ed annichilarsi. Quando due particelle si scontrano, rilasciano energia sotto forma di radiazione ad alta energia."

Ripensare la forma della materia oscura

Muru ed i suoi colleghi hanno deciso di rivisitare l'assunto di base secondo cui la materia oscura nella galassia interna debba essere sferica. Utilizzando simulazioni al computer ad alta risoluzione note come suite HESTIA, che ricrea galassie simili alla Via Lattea in un ambiente cosmico realistico, il gruppo ha studiato il comportamento della materia oscura in prossimità del centro galattico.

Hanno scoperto che le fusioni e le interazioni gravitazionali del passato possono distorcere la distribuzione della materia oscura, appiattendola in una forma ovale o squadrata, molto simile al rigonfiamento delle stelle visibile al centro della nostra galassia.

"Il nostro risultato più importante è stato dimostrare che una delle ragioni per cui l'interpretazione della materia oscura era sfavorevole derivava da un semplice presupposto", ha detto Muru. "Abbiamo scoperto che la materia oscura vicino al centro non è sferica, ma appiattita. Questo ci porta un passo più vicini a svelare cos'è veramente la materia oscura, utilizzando indizi provenienti dal cuore della nostra galassia."

Questa versione rivista implica che la distribuzione dei raggi gamma prevista dall'annichilazione della materia oscura potrebbe naturalmente apparire molto simile a quella osservata dagli astronomi. In altre parole, la spiegazione della materia oscura potrebbe essere stata sottostimata semplicemente perché gli scienziati stavano usando la forma sbagliata.

Cosa succederà dopo?

Sebbene le nuove scoperte rafforzino la tesi che la materia oscura sia l'origine del segnale gamma, non chiudono il dibattito. Per distinguere tra materia oscura e pulsar, gli astronomi hanno bisogno di osservazioni più nitide.

"Un chiaro indizio a favore della spiegazione stellare sarebbe la scoperta di un numero sufficiente di pulsar da giustificare il bagliore dei raggi gamma", ha affermato Muru. "Sono già in costruzione nuovi telescopi con una risoluzione più elevata, che potrebbero contribuire a risolvere questo quesito."

Se strumenti di prossima generazione, come lo Square Kilometre Array (SKA) e il Cherenkov Telescope Array (CTA), rivelassero numerose sorgenti puntiformi e minuscole al centro galattico, la spiegazione della pulsar sarebbe a favore. Se, invece, la radiazione rimanesse uniforme e diffusa, lo scenario della materia oscura troverebbe supporto.

"Una 'pistola fumante' per la materia oscura sarebbe un segnale che corrisponde esattamente alle previsioni teoriche", ha osservato Muru, aggiungendo che tale conferma richiederà sia modelli migliorati che telescopi più performanti. "Anche prima della prossima generazione di osservazioni, i nostri modelli e le nostre previsioni stanno migliorando costantemente. Una prospettiva futura è quella di trovare altri luoghi in cui testare le nostre teorie, come le regioni centrali delle galassie nane vicine".

Il mistero dell'eccesso di raggi gamma dura da oltre 10 anni, e ogni nuovo studio aggiunge un tassello al puzzle. Che il bagliore provenga dalla materia oscura, dalle pulsar o da qualcosa di completamente inaspettato, i risultati di Muru evidenziano come la struttura stessa della galassia possa contenere indizi vitali. Rimodellando la nostra comprensione del nucleo oscuro della Via Lattea, gli scienziati si stanno avvicinando sempre di più alla risposta ad uno degli interrogativi più profondi dell'astrofisica moderna: cos'è veramente la materia oscura.

ENGLISH

A mysterious glow at the center of the Milky Way has puzzled astronomers for more than a decade. New research offers an explanation that could also reshape what we know about dark matter.

Dark matter near the center of our galaxy is "flattened," not round as previously thought, new simulations reveal. The discovery may point to the origin of a mysterious high-energy glow that has puzzled astronomers for more than a decade, although more research is needed to rule out other theories.

"When the Fermi space telescope pointed to the galactic center, it measured too many gamma rays," Moorits Mihkel Muru, a researcher at the Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam in Germany and the University of Tartu in Estonia, told Live Science via email. "Different theories compete to explain what could be producing that excess, but nobody has the definitive answer yet."

Early on, scientists proposed that the glow might come from dark matter particles colliding and annihilating each other. However, the signal's flattened shape didn't match the spherical halos assumed in most dark matter models. That discrepancy led many scientists to favor an alternative explanation involving millisecond pulsars — ancient, fast-spinning neutron stars that emit gamma-rays.

Now, a study published Oct. 16 in the journal Physical Review Letters and led by Muru challenges the long-standing assumption about the shape of dark matter. Using advanced simulations of the Milky Way, Muru and his colleagues found that dark matter near the galactic center is not perfectly round, but flattened — just like the observed gamma-ray signal.

A persistent cosmic puzzle

Gamma-rays are the most energetic form of light. They are often produced in the universe's most extreme environments, such as violent stellar explosions and matter swirling around black holes. Yet even after accounting for known sources, astronomers have consistently found an unexplained glow coming from the Milky Way's core.

One proposed explanation is that the radiation originates from dark matter — the invisible substance that makes up most of the universe's mass. Some models suggest that dark matter particles can occasionally smash together, converting part of their mass into bursts of gamma-rays.

"As there are no direct measurements of dark matter, we don't know a lot about it," Muru said. "One theory is that dark matter particles can interact with each other and annihilate. When two particles collide, they release energy as high-energy radiation."

But this theory fell out of favor when the flattened, disk-like shape of the gamma rays failed to match up with the hypothesized shape of dark matter haloes — which are thought to be spherical.

Rethinking the shape of dark matter

Muru and his colleagues set out to revisit the basic assumption that dark matter in the inner galaxy must be spherical. Using high-resolution computer simulations known as the HESTIA suite, which re-creates Milky Way-like galaxies within a realistic cosmic environment, the team studied how dark matter behaves near the galactic center.

They found that past mergers and gravitational interactions can distort the distribution of dark matter, flattening it into an oval or box-like shape — much like the bulge of stars seen in the middle of our galaxy.

"Our most important result was showing that a reason why the dark matter interpretation was disfavored came from a simple assumption," Muru said. "We found that dark matter near the center is not spherical — it's flattened. This brings us a step closer to revealing what dark matter really is, using clues coming from the heart of our galaxy."

This revised picture means that the pattern of gamma-rays expected from dark matter annihilation could naturally look very similar to what astronomers observe. In other words, the dark matter explanation might have been underestimated simply because scientists were using the wrong shape.

What comes next

Although the new findings strengthen the case for dark matter as the origin of the gamma-ray signal, they don't close the debate. To distinguish between dark matter and pulsars, astronomers need sharper observations.

"A clear indication for the stellar explanation would be the discovery of enough pulsars to account for the gamma-ray glow," Muru said. "New telescopes with higher resolution are already being built, which could help settle this question."

If upcoming instruments, such as the ​​Square Kilometre Array (SKA) and the Cherenkov Telescope Array (CTA), reveal many tiny, point-like sources at the galactic center, it would favor the pulsar explanation. If, instead, the radiation remains smooth and diffuse, the dark matter scenario would gain support.

"A 'smoking gun' for dark matter would be a signal that matches theoretical predictions precisely," Muru noted, adding that such a confirmation will require both improved modeling and better telescopes. "Even before the next generation of observations, our models and predictions are steadily improving. One future outlook is to find other places to test our theories, such as the central regions of nearby dwarf galaxies."

The mystery of the gamma-ray excess has endured for more than 10 years, with each new study adding a piece to the puzzle. Whether the glow comes from dark matter, pulsars or something entirely unexpected, Muru's results highlight how the galaxy's structure itself may hold vital clues. By reshaping our understanding of the Milky Way's dark core, scientists are inching closer to answering one of the most profound questions in modern astrophysics — what dark matter really is.

Da:

https://www.livescience.com/physics-mathematics/dark-matter/mysterious-glow-at-the-milky-ways-center-could-reshape-a-major-cosmic-theory?utm_term=0D44E3E5-72C8-4F2E-A2B4-93C82DC78FB4&lrh=e4e2966485d78112a6060535462dd7377ffa0f1e6368288dc8552dcea7aac778&utm_campaign=368B3745-DDE0-4A69-A2E8-62503D85375D&utm_medium=email&utm_content=63BE24FE-FB2C-456F-BF4E-05AA7A9F1F3C&utm_source=SmartBrief