På senare tid, rymduppdrag dedikerade till studiet av astrofysiska signaler i högenergispektrumet avslöjade en serie gåtfulla överdrifter som inte förutspås av de teoretiska modellerna. För att hitta en förklaring till dessa anomalier, många lösningar har föreslagits. Den mest spännande hypotesen åberopar bidraget från den svårfångade mörka materian, den mystiska formen av materia fyra gånger rikligare än baryonisk materia, och av vilka forskare hittills endast har upptäckt gravitationseffekter.

Två nyligen genomförda teoretiska studier utförda av Mattia di Mauro, forskare vid Turin-avdelningen av INFN, varav en dök upp idag i Fysisk granskning D , bekräfta att denna förklaring är förenlig med uppmätta överskott, ytterligare visar att det inte motbevisas av potentiella diskrepanser mellan teoretiska och observationsdata. De erhållna resultaten är baserade på en innovativ och förfinad analys som jämför data som förvärvats under de senaste 11 åren av huvudinstrumentet ombord på NASA:s Fermi, Fermi Large Area Telescope (LAT), med mätningar av andra astronomiska anomalier registrerade av den kretsande Pamela-detektorn och av Alpha Magnetic Spectrometer-experimentet (AMS-02) ombord på den internationella rymdstationen. Pamela och AMS drivs av internationella samarbeten där INFN spelar en avgörande roll.

Från och med 2009, året då Fermi-mätningar visade ett överskott av fotoner med energier lika med eller större än 1 GeV (2000 gånger massan av en elektron) som kom från mitten av vår galax, astrofysiksamfundet har försökt förklara observationerna på flera sätt, inklusive den möjliga närvaron av tusentals svaga pulsarer nära det galaktiska centrumet och det potentiella gammastrålningsbidraget från mörk materia. Dessa analyser var föremål för stor osäkerhet eftersom de hänvisade till modeller av den så kallade astrofysiska gammastrålningsbakgrunden, produceras av kosmiska strålar eller av kända källor, som, även om de kan inkludera en viss variation, är föremål för stora fel.

För att beskriva gammastrålningsöverskottsegenskaperna mer exakt och för att utvärdera om det verkligen är kompatibelt med mörk materia, den nya studien förlitade sig på den bredaste uppsättningen av data som samlats in under det senaste året av LAT, och använde en analysteknik som minimerar osäkerheterna i den astrofysiska bakgrunden genom att anta flera modeller. "Den analysmetod som används, " förklarar Mattia di Mauro, "har tillhandahållit mycket relevant information om den rumsliga fördelningen av överskott av gammastrålning, som kan förklara vad som genererar överskottet av högenergifotoner i det galaktiska centrumet. Om överskottet var, till exempel, orsakas av interaktionen mellan kosmiska strålar och atomer, vi skulle förvänta oss att observera dess större rumsliga fördelning vid lägre energier och dess lägre diffusion vid högre energier på grund av utbredningen av kosmiska partiklar. Min studie, å andra sidan, understryker hur den rumsliga fördelningen av överskottet inte förändras som en funktion av energi. Denna aspekt hade aldrig observerats tidigare och kunde förklaras av mörk materia-närvaro tolkning av mörk materia. Detta beror på att vi tror att partiklarna som utgör den mörka materiens halo borde ha liknande energier. Analysen visar tydligt att överskottet av gammastrålar är koncentrerat till det galaktiska centrumet, exakt vad vi skulle förvänta oss att hitta i hjärtat av Vintergatan om mörk materia i själva verket är en ny sorts partikel."

En andra studie, som kommer att publiceras i samma tidskrift, undersöker giltigheten av hypotesen om mörk materia med hjälp av förutsägelserna från en större modell som beskriver möjliga partikelinteraktioner av denna svårfångade komponent i universum. En teoretisk modell visade hur förekomsten av mörk materia partiklar inte motbevisas av andra anomalier som registrerats i den astrofysiska bakgrunden. Dessa inkluderar överskottet av positroner mätt av Pamela och AMS-02, om det tillskrivs ett överskott av mörk materia, och icke-detektering av högenergifotoner från dvärggalaxer nära vår, vars stjärnrörelser antyder närvaron av höga koncentrationer av mörk materia.

Di Mauro säger, "Med utgångspunkt från den fysiska modellen som utvecklades i denna andra studie, efter att ha övervägt olika resultat för interaktion och förintelse av mörk materia partiklar, alternativ som skulle föregå produktionen av högenergifotoner, vi verifierade vilken av dessa möjligheter som bäst överensstämde med det galaktiska centrets överskott av gammastrålar, samtidigt som man överväger överskottet av positroner och att gammastrålar inte kan detekteras från dvärggalaxer. Denna jämförelse har gjort det möjligt att härleda exakta egenskaper hos den mörka materian, egenskaper som är kompatibla med det galaktiska centrumöverskottet och de övre gränserna som finns med andra partikeldata."