Una mappa dei dati che sono stati analizzati nel lavoro di Fornasa e colleghi (clicca sull’immagine per ingrandire). Le fluttuazioni del fondo ai raggi gamma sono il risultato di 81 mesi di raccolta dati da parte del telescopio Fermi. L’emissione proveniente dalla nostra Galassia è mascherata da una banda grigia. Crediti: Mattia Fornasa, UvA/GRAPPA
Un team di ricercatori del centro di eccellenza chiamato Gravitation and Astroparticle Physics (GRAPPA) dell’Università di Amsterdam ha analizzato l’archivio di sei anni di dati raccolti con il telescopio Fermi, ottenendo le misurazioni più precise di sempre del fondo a raggi gamma. Gli scienziati hanno trovato due diverse classi di sorgenti che contribuiscono a questo background ad alte energie, e nessun segno di emissione dovuta alla collisione di particelle di materia oscura. I risultati del loro studio sono stati pubblicati sull’ultimo numero della rivista Physical Review D.
I raggi gamma sono le particelle di luce con la più alta energia che possiamo trovare nell’Universo, e vengono prodotti dagli oggetti più estremi, come ad esempio i buchi neri supermassicci, le esplosioni stellari e le pulsar, stelle estremamente compatte in rapida rotazione su loro stesse.
Il telescopio satellitare Fermi è stato lanciato dalla NASA nel 2008, con l’obiettivo di mappare l’Universo in questa particolare banda luminosa. Il Large Area Telescope a bordo del satellite da allora sta raccogliendo dati in maniera continua, scansionando tutto il cielo ogni tre ore, e lo fa con una precisione mai raggiunta prima.
La maggior parte dei raggi gamma osservati vengono prodotti da sorgenti all’interno della nostra Galassia, ma dal 2008 Fermi è riuscito a rilevare oltre 3000 sorgenti extragalattiche. Tuttavia, questa mole di sorgenti non è in grado di spiegare la quantità di luce gamma proveniente da fonti esterne alla Via Lattea: circa il 75% non ha una chiara provenienza.
Già dagli anni ‘60 sappiamo che l’Universo, visto ai raggi gamma, emette una luce in qualunque direzione si guardi. Gli scienziati pensano che questa radiazione possa essere prodotta da sorgenti troppo deboli per essere riconosciute con gli strumenti a nostra disposizione. Una parte del fondo ai raggi gamma potrebbe anche essere prodotto dallo scontro tra particelle di materia oscura, un tipo di materia ancora inosservata e ritenuta responsabile di circa l’80% della materia presente nel nostro Universo
Mattia Fornasa, primo autore dell’articolo. Crediti: UvA/GRAPPA
Il team di ricercatori dell’Università di Amsterdam (UvA), guidato dal fisico Mattia Fornasa, ha effettuato un’analisi approfondita del fondo a raggi gamma utilizzando il set di dati raccolto in 81 mesi di osservazioni di Fermi. Si tratta dell’archivio più esteso, in durata e intervallo di energia, rispetto a qualunque studio precedente. Studiando le fluttuazioni di intensità del fondo gamma tra 0.5 e 500 GeV, dove 1 GeV corrisponde a un miliardo di elettronvolt, i ricercatori sono stati in grado di distinguere due diversi contributi: uno è necessario per spiegare l’emissione a energie inferiori a 2 GeV, un altro nettamente diverso per l’emissione al di sopra di questo valore.
Nel loro articolo i ricercatori suggeriscono che i raggi gamma emessi a energie più alte siano dovuti a blazar che non è possibile risolvere, e sono in corso indagini ulteriori per questo tipo di sorgenti. Per quanto riguarda invece le fluttuazioni a energie più basse, sembra più difficile individuare una fonte, poiché nessun emettitore gamma noto ha un comportamento coerente con i dati.
Fino ad oggi il telescopio Fermi non ha raccolto indicazioni conclusive sull’emissione di raggi gamma provenienti da particelle di materia oscura, come confermato anche da questo studio. Fornasa e colleghi sono stati in grado di escludere alcuni modelli di materia oscura.
«Le nostre misure si vanno ad aggiungere a numerose altre campagne di ricerca per segnali gamma attribuibili a materia oscura», spiega Fornasa. «Ciò che troviamo è una conferma del fatto che questo tipo di segnale non si riesce a osservare. A oggi rimangono poche possibilità di ricondurre una parte dell’emissione osservata nel fondo gamma a una componente di materia oscura».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review D. l’articolo “The angular power spectrum of the diffuse gamma-ray emission as measured by the Fermi Large Area Telescope and constraints on its Dark Matter interpretation” di Mattia Fornasa, Alessandro Cuoco, Jesùs Zavala, Jennifer M. Gaskins, Miguel A. Sanchez-Conde, German Gomez-Vargas, Eiichiro Komatsu, Tim Linden, Francisco Prada, Fabio Zandanel e Aldo Morselli