El telescopi Fermi va fer una observació clara de l'excés d'emissió de raigs gamma al centre de la nostra galàxia, que semblava no esfèrica i aplanada. Anomenat Excés de Centre Galàctic (GCE), aquest excés de raigs gamma és una possible signatura de la matèria fosca que sorgeix com a producte de les autoanihilacions de partícules massives que interactuen feblement (WIMP), un candidat a partícula de matèria fosca. Tanmateix, l'excés de raigs gamma observat al centre galàctic també pot ser degut a antics púlsars de mil·lisegons (MSP). Fins ara, es considerava que la morfologia del GCE deguda a la matèria fosca (DM) seria esfèrica. Un estudi de simulació recent revela que la morfologia dels raigs gamma deguda a la DM podria ser significativament no esfèrica i aplanada. Això significa que tant les hipòtesis d'anihilacions de la matèria fosca (DM) com les de púlsars de mil·lisegons (MSP) per al GCE observat són igualment possibles. Els raigs gamma produïts en l'anihilació de la matèria fosca (DM) tindrien un nivell d'energia extremadament alt d'aproximadament 0.1 tera-electronvolts (TeV). Els telescopis estàndard de raigs gamma no poden detectar aquests fotons d'alta energia directament. Per tant, la confirmació del model de matèria fosca (DM) de l'excés de centre galàctic (GCE) seria possible un cop finalitzats els estudis dels observatoris de raigs gamma de tera com l'Observatori de la Matèria de Telescopis Cherenkov (CTAO) i l'Observatori de raigs gamma de camp ampli del Sud (SWGO).
La història de la matèria fosca va començar el 1933 quan Fritz Zwicky va observar que les galàxies que es mouen ràpidament al cúmul de Coma no es poden mantenir juntes i romandre estables sense la presència de matèria addicional que sigui d'alguna manera invisible, però que exerceixi un efecte gravitatori adequat per evitar que les galàxies es desfacin. Va encunyar el terme "matèria fosca" per referir-se a aquesta matèria invisible. A la dècada de 1960, Vera Rubin va fer una contribució seminal a la nostra comprensió de la matèria fosca. Va observar que les estrelles a les vores exteriors d'Andròmeda i altres galàxies giraven a una velocitat tan ràpida com les velocitats de les estrelles cap al centre. Per a la suma donada de tota la matèria observada, la galàxia hauria d'haver-se separat, cosa que requeriria la presència d'alguna matèria invisible addicional que mantingués les galàxies unides i les fes girar a altes velocitats. Les seves mesures de les corbes de rotació de la galàxia d'Andròmeda van proporcionar les primeres proves de matèria fosca.
Ara sabem que la matèria fosca no interactua amb la llum ni amb la força electromagnètica. No absorbeix, reflecteix ni emet llum ni cap altra radiació electromagnètica i és invisible, per això es coneix com a fosca. Però s'agrupa gravitacionalment i té un efecte gravitacional sobre la matèria ordinària, i així és com generalment es dedueix la seva presència a l'espai. Les galàxies es mantenen unides en equilibri per l'efecte gravitacional de la matèria fosca, que constitueix fins a un 26.8% del contingut energètic en massa de l'univers, mentre que tot l'univers observable, inclosa tota la matèria bariònica ordinària de la qual estem formats, només constitueix el 4.9% de l'univers. El 68.3% restant del contingut energètic en massa de l'univers és energia fosca.
No se sap què és realment la matèria fosca. No hi ha partícules fonamentals a la Model estàndard tenen les propietats necessàries per ser matèria fosca. Potser, les hipotètiques "partícules supersimètriques" que són partícules associades a les partícules del Model Estàndard formen la matèria fosca. Potser hi ha un món paral·lel de matèria fosca. Les WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), els axions o els neutrins estèrils són partícules hipotètiques més enllà del Model Estàndard que són els principals candidats. Tanmateix, encara no s'ha aconseguit cap èxit en la detecció d'aquestes partícules.
Hi ha diversos projectes (com ara Experiment de XENÓ, Projecte DarkSide-20k, Experiment EURECA, i RES-NOVA) actualment en curs per a la detecció directa de partícules de matèria fosca. Es tracta principalment de detectors de gasos nobles líquids o detectors criogènics dissenyats per detectar senyals febles procedents d'interaccions de partícules de matèria fosca. Tanmateix, malgrat molts enfocaments nous, cap projecte ha estat capaç de detectar directament cap partícula de matèria fosca encara.
Per a l'evidència indirecta de la matèria fosca, es poden buscar els efectes gravitacionals de la matèria fosca, com van fer Fritz Zwicky i Vera Rubin per descobrir la matèria fosca estudiant com les galàxies es mantenen unides tot i tenir velocitats desproporcionadament altes per a la matèria ordinària observada. Els efectes gravitacionals de la lent (desviació de la llum) i els efectes sobre el moviment de les estrelles a l'espai també poden proporcionar evidència indirecta de la presència de matèria fosca. A més, els productes d'anihilació (com ara raigs gamma, neutrins i raigs còsmics) creats quan les partícules de matèria fosca xoquen entre si a l'espai també poden indicar la presència de matèria fosca. Un d'aquests llocs on es va predir la matèria fosca basant-se en productes d'anihilació de partícules de matèria fosca és el centre de la nostra galàxia, la Via Làctia.
Detecció de matèria fosca al centre de la nostra galàxia, la Via Làctia
Hi havia indicis d'un excés de resplendor central de microones difusa al centre de la Via Làctia (MW). Es va proposar que l'excés de resplendor es devia a l'emissió de sincrotró d'electrons i positrons relativistes generats en l'anihilació de la matèria fosca WIMP, per la qual cosa es va predir un senyal difús de raigs γ estès en el rang d'energia de fins a uns pocs centenars de GeV. Posteriorment, el Telescopi Fermi-Large Area (LAT) va detectar el senyal de raigs γ que es va identificar com l'Excés del Centre Galàctic (GCE). Aviat es va adonar que l'Excés del Centre Galàctic (GCE) també podia ser degut a estrelles de neutrons antigues (púlsars de mil·lisegons). Es va pensar que la morfologia del GCE seria important: un GCE de forma esfèrica simètrica seria indicatiu de l'emissió de raigs γ de l'anihilació de partícules de matèria fosca (DM), mentre que una morfologia aplanada del GCE suggeriria l'emissió de raigs γ de púlsars de mil·lisegons (MSP).
Una observació exhaustiva del centre galàctic de la Via Làctia realitzada pel Telescopi Fermi-Large Area (LAT) va revelar una asfericitat aplanada. Normalment, hom associaria l'asfericitat observada a estrelles velles (MSP), però un estudi recent publicat el 16 d'octubre de 2025 ha conclòs que les morfologies GCE predites tant pels models d'aniquilació d'estrelles velles (MSP) com pels models d'aniquilació de la matèria fosca (DM) són indistingibles.
Per estudiar la distribució de la matèria fosca, els investigadors van dur a terme una simulació de la morfologia de galàxies semblants a la MW (Via Làctia). Van descobrir que els halos de matèria fosca al voltant de les galàxies, així com al voltant de les regions centrals de les galàxies, rarament eren esfèrics, tal com se suposava en el model anisotròpic. En canvi, l'anàlisi va mostrar una projecció de densitat de matèria fosca aplanada per a totes les galàxies. Aquesta distribució no axisimètrica de la matèria fosca (DM) també es va mostrar per la història de fusió de la Via Làctia en els primers tres mil milions d'anys de la història de l'univers. La morfologia observada de la GCE és aplanada sobre la regió central, cosa que generalment es considera característica de la distribució d'estrelles velles (MSP). El nou estudi ha demostrat que la matèria fosca (DM) genera una distribució quadrada similar. Per tant, tant les hipòtesis d'aniquilació de la matèria fosca (DM) com els púlsars de mil·lisegons (MSP) per a la GCE observada són igualment possibles.
Si l'ECG observat és degut a la matèria fosca (DM) o a púlsars de mil·lisegons (MSP) es sabrà quan els observatoris de raigs gamma com el Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO) i el Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO) completin els seus estudis de raigs tera-gamma en el futur. Els raigs gamma produïts com a producte d'aniquilació de la matèria fosca (DM) al centre galàctic serien fotons d'ultraalta energia amb un nivell d'energia extremadament alt d'aproximadament 0.1 tera-electronvolts (TeV). Els telescopis de raigs gamma estàndard no poden detectar aquests fotons d'alta energia directament. Els raigs tera-gamma seran un objectiu important per als futurs observatoris de raigs gamma com el CTAO i el SWGO.
Aquest estudi és un pas endavant en la detecció de la matèria fosca a l'espai a través dels seus productes d'aniquilació, però la presència de matèria fosca al centre galàctic requeriria confirmació pels observatoris de raigs gamma d'ultraalta energia com ara CTAO o SWGO en el futur. Un progrés molt més significatiu en la ciència de la matèria fosca seria la detecció directa de qualsevol partícula DM.
***
Referències:
- Hochberg, Y., Kahn, YF, Leane, RK et al. Nous enfocaments per a la detecció de matèria fosca. Nat Rev Phys 4, 637–641 (2022). https://doi.org/10.1038/s42254-022-00509-4
- Misiaszeka M. i Rossib N. 2024. Detecció directa de matèria fosca: una revisió crítica. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201
- Institut de Física Corpuscular. A la recerca de la matèria fosca: un nou enfocament per detectar l'invisible. 22 d'agost de 2025. Disponible a https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible
- Muru MM, et al. 2025. Morfologia excessiva de la matèria fosca del centre galàctic Fermi-LAT en simulacions de la Via Làctia. Physical Review Letters. 135, 161005. Publicat el 16 d'octubre de 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd Versió preimpresa a arXiv. Presentada el 8 d'agost de 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314
- Universitat Johns Hopkins. Notícies: una misteriosa resplendor a la Via Làctia podria ser una prova de matèria fosca. Publicat el 16 d'octubre de 2025. Disponible a https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/
- Institut Leibniz d'Astrofísica. Notícies: la Via Làctia mostra un excés de raigs gamma a causa de l'aniquilació de la matèria fosca. Publicat el 17 d'octubre de 2025. Disponible a https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/
- Telescopi espacial de raigs gamma Fermi. Disponible a https://science.nasa.gov/mission/fermi/
- Observatori de la Matriculació de Telescopis Cherenkov (CTAO). Disponible a https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/
- L'Observatori de raigs gamma de camp ampli del Sud (SWGO). Disponible a https://www.swgo.org/SWGOWiki/doku.php?id=swgo_rel_pub
- Observatori de Tartu. El costat fosc de l'Univers. Disponible a https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe
***
, this excess γ-ray is a possible signature of dark matter arising as a product of self-annihilations of weakly interacting massive particles (WIMPs), a dark matter particle candidate. However, the excess γ-ray observed at the galactic centre may also be due to old millisecond pulsars (MSPs). Hitherto, it was held that the morphology GCE due to dark matter (DM) would be spherical. A recent simulation study reveals that gamma-ray morphology due to DM could be significantly nonspherical and flattened. This means both dark matter (DM) annihilations and millisecond pulsars (MSPs) hypotheses for the observed GCE are equally possible. The gamma rays produced in the annihilation of dark matter (DM) would have an extremely high energy level of approximately 0.1 tera-electron-volts (TeV). The standard gamma-ray telescopes cannot detect these high-energy photons directly. Hence, confirmation of dark matter (DM) model of Galactic Centre Excess (GCE) would be possible upon completion of studies by the tera γ-ray observatories like CTAO and SWGO.){kind=link}