Pulsar vs. dark matter

Francesca Calore, ricercatrice al Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de Physique Théorique del Cnrs francese

Nata a Torino 32 anni fa, amante delle passeggiate in montagna, mamma da quattro mesi del piccolo Dario, Francesca Calore, ricercatrice al Cnrs, francese, ha appena messo la firma su un articolo che conferma come il ”responsabile” dell’emissione gamma anomala dal cuore della Via Lattea non sia la materia oscura, come suggerito da alcune misure compiute negli ultimi anni, bensì una popolazione di stelle rotanti e pulsanti: appunto, le pulsar.

Conferma giunta grazie a uno studio condotto sull’analisi dei dati raccolti dal Large Area Telescope del telescopio spaziale Fermi della Nasa dai fisici del centro di eccellenza GRAPPA (Gravitation and Astroparticle Physics at the University of Amsterdam) e del Laboratoire d’Annecy-le-Vieux di fisica teorica, di cui fa parte anche la giovane astrofisica italiana. I risultati sono stati pubblicati lunedì scorso su Nature Astronomy.

In questi giorni in Italia per le vacanze, e scacciare la nostalgia d’oltralpe, Francesca Calore ha risposto ad alcune domande di Media Inaf sui risultati della sua ricerca, durata complessivamente tre anni.

Partiamo dall’inizio: qual era il problema? E cosa avete scoperto?

«Già da una decina di anni è emerso che tra i fotoni che provengono dal centro della galassia, oltre ai fondi astrofisici noti, c’è un segnale che non sappiamo associare a nessun tipo di sorgente: l’eccesso proveniente dal centro galattico, che ha origine ancora sconosciuta. Negli anni ci si è accorti che le caratteristiche di questo eccesso – distribuzione spaziale e spettro in energia – erano consistenti con un segnale di materia oscura, segnale che ci si aspetta sia particolarmente brillante in direzione del centro della galassia. Ciò che abbiamo scoperto è che esiste una correlazione tra l’emissione in fotoni proveniente dal centro della galassia e la massa stellare del bulge della galassia – il suo rigonfiamento centrale.

 

È un risultato così importante? 

«Sì, significa che l’origine dei fotoni in eccesso è molto più probabile che sia legata a una popolazione di stelle che emettono radiazione elettromagnetica sulla scala dei GeV (miliardi di elettronVolt) dal bulge galattico. Ciò rafforza l’ipotesi secondo la quale esiste una popolazione di oggetti – presumibilmente delle pulsar – che emettono fotoni a quelle energie. Troppo poco luminosi per essere visti da Fermi come provenienti da singole sorgenti, i fotoni emessi da questi oggetti vengono rilevati come un fondo diffuso».

Il grafico mostra la correlazione tra emissione gamma dell’eccesso (asse verticale) e la massa stellare (asse orizzontale). Il rettangolo verde si riferisce alle stelle presenti nel nuclear bulge, quello blu alle stelle del boxy bulge, per le quali Fermi ha compiuto le misure dell’emissione gamma riportate nello studio. La linea tratteggiata mostra che c’è la medesima relazione tra emissione gamma e massa stellare per entrambe le componenti del bulge galattico. L’emissione proveniente da una popolazione di pulsar nel disco galattico, indicata in rosso, tenendo conto delle barre di errore risulta compatibile con la correlazione trovata. Diversamente da quanto accade per la Via Lattea, l’emissione di Andromeda – rappresentata dal rettangolo rosa – risulta invece al di fuori della correlazione. Predicendo quindi una popolazione di pulsar nel bulge di Andromeda circa quattro volte superiore a quella della Via Lattea.

E questo che cosa c’entra con la materia oscura? Perché la vostra scoperta la esclude come responsabile di questa emissione?

«In realtà non la escludiamo del tutto: diciamo che, dal punto di vista statistico, alcuni modelli mostrano un accordo migliore di altri con i dati che abbiamo raccolto, e quindi sono molto più probabili di altri. Nello specifico, la novità del nostro lavoro è stata aggiungere sul fondo astrofisico un modello di distribuzione spaziale e spettrale per il bulge galattico. Ora, dato che l’emissione di fotoni derivante dal bulge non era mai stata presa in considerazione, abbiamo aggiunto questa componente al fondo astrofisico per misurare il livello di accordo con i dati. La stessa cosa l’abbiamo fatta per la materia oscura, inserendola nel modello al posto della componente del bulge. Ebbene, dal confronto è emerso che l’accordo con i dati è significativamente superiore nel caso del modello con il bulge galattico rispetto a quello con la materia oscura; rendendo la prima ipotesi (puramente astrofisica), molto più probabile della seconda».

A conclusioni analoghe già erano giunti altri studi usciti in tempi recenti, fra i quali uno dello scorso marzo pubblicato – come il vostro – su Nature Astronomy. Cosa c’è di diverso nel vostro lavoro?

«Il nostro articolo conferma ed è in linea con quello pubblicato a marzo, con importanti differenze metodologiche. Inoltre, la correlazione da noi trovata tra emissione gamma e massa stellare rappresenta un importante elemento di novità a forte carattere predittivo».

Per saperne di più:

Fonte: Pulsar vs. dark matter

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