Ricercatori dell’Università di Vienna e del Lawrence Berkeley National Laboratory si sono avvalsi dell’apprendimento automatico per riesaminare uno dei misteri più dibattuti dell’astrofisica. Il loro obiettivo era l’eccesso del centro galattico (GCE), una debole luminescenza di raggi gamma, approssimativamente sferica, che circonda il centro della Via Lattea. Per oltre un decennio, gli scienziati hanno dibattuto su cosa produca questo segnale insolito. I nuovi risultati suggeriscono che la materia oscura rimane una spiegazione plausibile e non può ancora essere scartata. Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters .
L’eccesso del centro galattico (GCE) è un’ampia emissione di raggi gamma che si estende per migliaia di anni luce attorno al nucleo della Via Lattea. I ricercatori hanno proposto diverse possibili spiegazioni per la sua origine.
Una possibilità è la materia oscura auto-annientante, una forma ipotetica di materia che costituisce gran parte della massa dell’universo, ma che non è mai stata rilevata direttamente. Un’altra spiegazione principale riguarda una vasta popolazione di pulsar millisecondo, stelle di neutroni in rapida rotazione che emettono radiazioni ad alta energia.
Nonostante anni di studi, gli scienziati non hanno raggiunto un consenso su cosa stia causando il segnale.
“Interpretare il segnale è particolarmente difficile perché il Centro Galattico è una regione del cielo a raggi gamma eccezionalmente luminosa e densa”, spiega Florian List, autore dello studio e ricercatore presso l’Università di Vienna.
L’apprendimento automatico aggiunge il tassello mancante
Precedenti analisi statistiche generalmente privilegiavano la spiegazione basata sulle pulsar. Tuttavia, tali studi trascuravano un’importante fonte di informazione: l’energia di ciascun fotone gamma rilevato.
Per ovviare a questa limitazione, il team di ricerca ha sviluppato un sistema di apprendimento automatico addestrato su oltre un milione di osservazioni simulate di raggi gamma. Per la prima volta, il metodo ha valutato simultaneamente sia la distribuzione spaziale del segnale sia le energie dei singoli fotoni.
Secondo i ricercatori, l’integrazione dei dati sull’energia dei fotoni modifica significativamente i risultati.
Studi precedenti avevano ipotizzato che il segnale provenisse da sorgenti luminose relativamente brillanti e non risolte, spesso chiamate sorgenti puntiformi. La nuova analisi indica che, se tali sorgenti puntiformi fossero effettivamente responsabili, dovrebbero essere estremamente deboli.
“La nostra nuova analisi dimostra che le sorgenti dovrebbero essere così deboli da risultare quasi indistinguibili dall’emissione prevista dall’annichilazione della materia oscura”, afferma Nick Rodd, autore dello studio e scienziato presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.
I risultati mettono inoltre in discussione la spiegazione basata sulle pulsar. Se le pulsar millisecondo fossero responsabili della luminescenza, lo studio suggerisce che ce ne dovrebbero essere almeno 35.000 concentrate al centro della Via Lattea. Un numero di gran lunga superiore alle poche centinaia o migliaia di sorgenti ipotizzate in alcuni studi precedenti.
La materia oscura rimane in corsa
“L’origine dell’eccesso di materia oscura nel centro galattico è uno dei dibattiti più longevi in astrofisica”, afferma Florian List. “Il nostro lavoro non dimostra che la materia oscura sia responsabile del segnale. Tuttavia, suggerisce che è ancora troppo presto per escludere questa possibilità.”
I nuovi risultati indeboliscono uno degli argomenti più forti che erano stati usati contro la spiegazione della materia oscura. Sebbene la ricerca non fornisca prove dirette che la materia oscura generi la luminescenza gamma, suggerisce che la materia oscura rimane una possibilità credibile.
Per ora, la fonte dell’eccesso di materia al centro galattico rimane sconosciuta, garantendo che uno dei misteri più duraturi dell’astronomia continui a essere irrisolto.
Abstract
L’eccesso del Centro Galattico (GCE) potrebbe ancora preannunciare la scoperta dell’annichilazione della materia oscura. Contro questa conclusione si pongono le analisi che mostrano evidenze di deboli sorgenti puntiformi all’interno della struttura spaziale dell’emissione. A causa di limitazioni tecniche, queste analisi sono puramente spaziali, con tutte le informazioni spettrali che potrebbero separare l’eccesso dai fondi astrofisici scartate. Qui, dimostriamo che un approccio di inferenza basato sulla simulazione di reti neurali può analizzare congiuntamente i dati spaziali e spettrali. L’aggiunta è profonda: le informazioni sull’energia fanno sì che le putative sorgenti puntiformi siano significativamente più deboli, indicando che il GCE è veramente di natura diffusa o è costituito da un numero eccezionalmente elevato di sorgenti. Quantitativamente, per il nostro modello di fondo più adatto, l’eccesso è essenzialmente coerente con l’emissione di Poisson come previsto dalla materia oscura. Se dovuto a sorgenti puntiformi, la nostra previsione mediana è (105)
fonti, ovvero più di 35.000 con un livello di confidenza del 90%, entrambi ordini di grandezza superiori alle centinaia preferite dalle precedenti analisi delle sorgenti puntiformi del GCE, sebbene le variazioni consentite dalla sistematica di fondo potrebbero ridurre il numero di sorgenti richieste di circa un ordine di grandezza.
Materiale fornito dall’Università di Vienna . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
Florian List, Yujin Park, Nicholas L. Rodd, Eve Schoen, Florian Wolf. Energy Distribution of the Galactic Center Excess’s Sources. Physical Review Letters, 2026; 136 (23) DOI: 10.1103/dkcq-6y4f
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