Descobreixen un "inexplicable" senyal de rajos gamma més enllà de la nostra galàxia

Astrònoms que analitzen 13 anys de dades del Telescopi Espacial Fermi de Rajos Gamma de la NASA han trobat una característica inesperada i encara inexplicable fora de la nostra galàxia. "És un descobriment completament fortuït", va dir Alexander Kashlinsky, cosmòleg de la Universitat de Maryland i el Centre Goddard de la NASA. "Trobem un senyal molt més fort i en una part diferent del cel que la que estàvem buscant". Curiosament, el senyal de rajos gamma es troba en una direcció similar i amb una magnitud gairebé idèntica a una altra característica inexplicable, produïda per algunes de les partícules còsmiques més energètiques mai detectades. Un article que descriu les troballes ha estat publicat a The Astrophysical Journal Letters.

L’equip estava buscant una característica de rajos gamma relacionada amb el CMB (fons còsmic de microones), la llum més antiga de l’univers. Els científics diuen que el CMB es va originar quan l’univers calent i en expansió es va refredar prou com per formar els primers àtoms, un esdeveniment que va alliberar un esclat de llum que, per primera vegada, podria impregnar el cosmos. Ampliada per la posterior expansió de l’espai durant els últims 13 mil milions d’anys, aquesta llum es va detectar per primera vegada en forma de febles microones a tot el cel el 1965.

Als anys 70, els astrònoms es van adonar que el CMB tenia l’anomenada estructura dipolar, que després va ser mesurada amb alta precisió per la missió COBE (Cosmic Background Explorer) de la NASA. El CMB és aproximadament un 0,12 % més calent, amb més microones que la mitjana, cap a la constel·lació de Leo, i més fred en la mateixa quantitat, amb menys microones que la mitjana, en la direcció oposada. Per estudiar les petites variacions de temperatura dins del CMB, s’ha d’eliminar aquest senyal. Els astrònoms generalment consideren que el patró és el resultat del moviment del nostre propi sistema solar en relació amb el CMB a aproximadament 370 quilòmetres per segon. Aquest moviment donarà lloc a un senyal dipolar en la llum procedent de qualsevol font astrofísica, però fins ara el CMB és l’únic que s’ha mesurat amb precisió. En buscar el patró en altres formes de llum, els astrònoms podrien confirmar o qüestionar la idea que el dipol es deu enterament al moviment del nostre sistema solar. "Aquest mesurament és important perquè un desacord amb la mida i la direcció del dipol CMB podria proporcionar-nos una idea dels processos físics que operaven en l’univers primitiu, potencialment fins quan tenia menys d’una bilionèsima de segon d’edat", va dir en un comunicat el coautor Fernando Atrio-Barandela, professor de física teòrica a la Universitat de Salamanca.

L’equip va raonar que en sumar molts anys de dades del LAT (Large Area Telescope) de Fermi, que escaneja tot el cel moltes vegades al dia, es podria detectar un patró d’emissió dipolar relacionat en els rajos gamma. Gràcies als efectes de la relativitat, el dipol de rajos gamma s’hauria d’amplificar fins cinc vegades més que els CMB detectats actualment.

Els científics van combinar 13 anys d’observacions Fermi LAT de rajos gamma per sobre d’aproximadament 3 mil milions d’electronvolts (GeV); a tall de comparació, la llum visible té energies d’entre 2 i 3 electronvolts. Van treure totes les fonts resoltes i identificades i van eliminar el plànol central de la nostra Via Láctea per analitzar el fons extragalàctic de rajos gamma. "Trobem un dipol de rajos gamma, però el seu pic es troba al cel del sud, lluny del CMB, i la seua magnitud és 10 vegades més gran del que esperaríem del nostre moviment", va dir el coautor Chris Shrader, astrofísic a la Universitat Catòlica d’Amèrica a Washington i a Goddard. "Si bé no és el que estàvem buscant, sospitem que pot estar relacionat amb una característica similar reportada per als rajos còsmics de més energia".

Els rajos còsmics són partícules carregades accelerades, principalment protons i nuclis atòmics. Les partícules més rares i energètiques, anomenades UHECR (rajos còsmics d’energia ultraalta), transporten més de mil milions de vegades l’energia dels rajos gamma de 3 GeV, i els seus orígens continuen sent un dels misteris més grans de l’astrofísica.

Des del 2017, l'Observatori Pierre Auger a l’Argentina ha informat d’un dipol en la direcció d’arribada dels UHECR. En estar carregats elèctricament, els rajos còsmics són desviats pel camp magnètic de la galàxia en diferents quantitats depenent de les seues energies, però el dipol UHECR assoleix el seu punt màxim en una ubicació del cel similar al que l’equip de Kashlinsky troba en els rajos gamma. I ambdós tenen magnituds sorprenentment similars: aproximadament un 7% més de rajos gamma o partícules que la mitjana provinents d’una direcció i quantitats corresponentment més petites que arriben de la direcció oposada. Els científics creuen que és probable que ambdós fenòmens estiguin relacionats: que fonts encara no identificades estiguin produint tant rajos gamma com partícules d’energia ultraalta. Per resoldre aquest enigma còsmic, els astrònoms han de localitzar aquestes misterioses fonts o proposar explicacions alternatives per a ambdues característiques.