In de afgelopen tien jaar of zo, een aantal astrofysische studies hebben een overmaat aan gammastraling gedetecteerd in het centrum van onze melkweg. Ondanks de vele pogingen om dit onverwachte overschot aan straling te begrijpen, nu bekend als het galactische centrumoverschot (GCE), de bron en de redenen waarom het bestaat, blijven onbekend.

aanvankelijk, astronomen veronderstelden dat de GCE werd geassocieerd met vernietiging van donkere materie. Meer recent bewijs, echter, suggereert dat deze overmaat aan gammastraling kan worden geproduceerd door een populatie van puntbronnen (d.w.z. energiebronnen), waarvan sommige in het verleden misschien al zijn waargenomen.

Onderzoekers van de Universiteit van Chicago, het Fermi National Accelerator Laboratory en Oakland University hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd om deze mogelijkheid verder te onderzoeken door theorieën en waarnemingen uit het verleden te vergelijken met items in een puntbronnencatalogus samengesteld door de Fermi Large Area Telescope (Fermi-LAT) Collaboration. De resultaten van hun analyses, gepubliceerd in een paper gepubliceerd op Fysieke beoordelingsbrieven , nieuwe beperkingen opleggen aan het vermogen van eerder gedetecteerde puntbronnen om de soepele gammastraling van de GCE te ondersteunen.

"Samen met veel van onze collega's zijn we geïnteresseerd en geïntrigeerd door het galactische centrumoverschot (GCE) sinds het voor het eerst werd ontdekt, bijna 10 jaar geleden, "Yi-Ming Zhong, Samuel Mc Dermott, Ilias Cholis en Patrick Vos, de vier onderzoekers die het onderzoek uitvoerden, vertelde Phys.org via e-mail. "Deze overmatige emissie van gammastraling naar het centrum van de Melkweg kan een signaal zijn van vernietiging van donkere materie of afkomstig zijn van meer conventionele astrofysische mechanismen. een prominente astrofysische verklaring voor de GCE is dat we de collectieve emissie waarnemen van overblijfselen van massieve sterren die Fermi, met voldoende gevoeligheid, zou waarnemen als puntbronnen van gammastraling."

De studie die door de onderzoekers is uitgevoerd, bouwt voort op enkele van hun eerdere werken die de fysieke onderbouwing van GCE onderzoeken. De belangrijkste drijfveer achter hun paper was dat de Fermi-samenwerking onlangs haar catalogus van puntbronnen (4FGL) heeft bijgewerkt, wat in wezen een lijst is van alle lichtemitterende gebieden of lichamen in de lucht en de metingen die bij elk van hen horen.

De onderzoekers hadden eerder de hypothese getest dat de GCE afkomstig is van puntbronnen door de dimpuntbronnendatabase van de Fermi-samenwerking te analyseren. Nadat de bijgewerkte versie was uitgebracht, ze wilden hun analyses herhalen op de nieuw verzamelde gegevens.

"We, en anderen, hebben in het verleden de data-analysetechniek van wavelet-decompositie toegepast op FERMI-gegevens, meestal gericht op informatie op grote hoekschalen (grote objecten aan de hemel), " legden de onderzoekers uit. "Deze keer wilden we het toepassen op kleine objecten met de nieuwe catalogus in de hand."

Begrijpen welke verschijnselen plaatsvinden in het centrum van de Melkweg is een zware en complexe taak, omdat er veel processen tegelijk plaatsvinden, inclusief de vorming van sterren, supernova's die zijn uitgedoofd, en de dynamiek van centrale zwarte gaten. Al deze gelijktijdige verschijnselen maken het bijzonder uitdagend om de onderliggende structuren van ons melkwegstelsel te bepalen via de analyse van gammastralingsmetingen.

Wavelet-decompositie is een techniek die verschillende kosmologische bijdragen kan scheiden op basis van de hoeveelheid ruimte die ze in de lucht innemen. Hoewel het vaak een zeer effectief hulpmiddel is gebleken voor het analyseren van een verscheidenheid aan beelden die door telescopen zijn gemaakt, tot dusver, zeer weinig onderzoeksteams hebben het toegepast op de analyse van gammastralingsgegevens. In hun studie hebben Zhong, McDermott, Cholis en Fox hebben een analyse herzien die is uitgevoerd door drie onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam, die wavelet-decompositie gebruikten om kleine objecten in de lucht uit elkaar te halen (d.w.z. puntbronnen) van andere kosmologische verschijnselen.

"Er is nu meer bekend over puntbronnen in de richting van het galactische centrum, zowel waar ze zijn als wat ze zijn, " zeiden de onderzoekers. "In feite, de locatie van veel van de nieuw gemeten puntbronnen in de FERMI-catalogus werden voor het eerst ontdekt door Bartels et al met behulp van wavelet-technieken. De geschiedenis heeft zich herhaald in die zin dat we ook een paar nieuwe lichtpuntjes in de lucht hebben gevonden die momenteel niet in andere catalogi staan."

Eerder, onderzoekers suggereerden dat enkele nieuw gespotte puntbronnen een verklaring zouden kunnen bieden voor de GCE. Naarmate er meer informatie wordt verzameld over deze puntbronnen, zoals hun spectra en of ze zich in de buurt van bekende astrofysische objecten bevinden, deze hypothese kan verder worden getest door deze gegevens te vergelijken met GCE-waarnemingen.

De nieuwe analyses uitgevoerd door Zhong, McDermott, Cholis en Fox laten zien dat geen van de puntbronnen in de bijgewerkte 4FGL-catalogus van de Fermi-samenwerking de GCE kan verklaren. Bovendien, ze suggereren dat als de GCE daadwerkelijk uit dimpuntbronnen zou bestaan, dit zou een nieuwe klasse van kosmologische objecten moeten zijn en er zouden er meerdere moeten zijn.

"We hebben geprobeerd het scala aan mogelijkheden voor de helderheidsfunctie voor de dimpuntbronnen te bepalen, " zeiden de onderzoekers. "Het bereik voor parameters die nog steeds in de gegevens passen, is behoorlijk extreem en niet iets dat je vanaf het begin zou verwachten. Dus, het lijkt ons onwaarschijnlijk dat de GCE afkomstig is van zwakke puntbronnen en als dat zo is, het zou afkomstig zijn van een nieuw type astrofysische bron."

Het nieuwe artikel van Zhong, McDermott, Cholis en Fox presenteren nieuwe waardevolle resultaten die de mogelijkheid van puntbronnen die de GCE ondersteunen enigszins beperken, zoals gesuggereerd door een aantal eerdere studies. Deze bevindingen kunnen als basis dienen voor toekomstig onderzoek naar de aard van de overtollige gammastraling in het centrum van de Melkweg.

"We hebben enkele interessante ideeën over hoe we wavelets kunnen gebruiken om enkele van de meer irritante achtergronden te verwijderen, " zeiden de onderzoekers. "Er vindt momenteel een gezonde wetenschappelijke discussie plaats in het veld en op basis van de feedback die we hebben ontvangen, blijven we onze analyse van de puntbronnen verfijnen."

© 2020 Wetenschap X Netwerk