Physik

Aproximadamente el 85 por ciento de la materia en el cosmos es “oscura”: solo se revela a través de su gravedad, pero a diferencia de la materia normal, no emite radiación. Sin embargo, existe una pequeña excepción: si las partículas, hasta ahora misteriosas, de la materia oscura colisionan entre sí, pueden aniquilarse mutuamente y generar radiación gamma de alta energía.

El astrofísico japonés Tomonori Totani ha detectado ahora un exceso de radiación gamma proveniente del halo de la Vía Láctea que coincide con las predicciones teóricas de esta llamada radiación de aniquilación. Las partículas de materia oscura tendrían aproximadamente 500 veces la masa de los protones, según el científico en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

“Sería la primera vez que, de alguna manera, ‘vemos’ la materia oscura”, explica Totani, que trabaja en la Universidad de Tokio. “Y demostraría que la materia oscura está compuesta por partículas que no están incluidas en el modelo estándar de la física”. Este modelo estándar contiene todas las partículas elementales conocidas y describe cómo interactúan entre sí.

Sin embargo, existe una laguna: la gravedad, que desempeña un papel crucial en el universo, no está incluida. Los intentos de incorporar la gravedad siempre producen partículas adicionales, que son buscadas en todo el mundo con grandes instalaciones de aceleración. Hasta ahora, sin embargo, sin éxito.

Estas partículas hasta ahora desconocidas podrían resolver al mismo tiempo uno de los grandes enigmas de la astronomía, es decir, la materia oscura. Ya en la década de 1930, el astrónomo suizo Fritz Zwicky se topó con un fenómeno extraño al medir el cúmulo de galaxias de Coma: las galaxias se movían demasiado rápido. La gravedad de toda la materia presente en el cúmulo no sería suficiente para mantener las galaxias unidas a velocidades tan altas; el cúmulo debería disolverse rápidamente. Pero no había indicios de ello.

Por lo tanto, según la conclusión de Zwicky, debía haber una gran cantidad de materia invisible adicional en el cúmulo de galaxias. El investigador llamó a esta proporción hipotética “materia oscura” y, al principio, él y sus colegas pensaron en estrellas quemadas o nubes de gas no luminosas. Sin embargo, a lo largo de décadas de investigación, se demostró que no podía tratarse de materia normal. Las mediciones de la radiación de fondo cósmico también mostraron finalmente que el 85 por ciento de la materia en el cosmos debe estar compuesta por partículas hasta ahora desconocidas.

Numerosos candidatos con diferentes propiedades se discuten entre los expertos, incluyendo en particular las llamadas WIMP, partículas masivas de interacción débil. Estas partículas poseen una propiedad interesante para los físicos: si dos de ellas chocan, se aniquilan mutuamente y se libera radiación. Varios proyectos han buscado esta radiación que aparece en el rango de gamma de alta energía, y hace quince años los investigadores parecieron haber encontrado algo.

Las observaciones con el satélite Fermi, lanzado en 2008, mostraron radiación proveniente del centro de la Vía Láctea que inicialmente se interpretó como radiación de aniquilación de materia oscura. Pero la alegría fue prematura: pronto los científicos se dieron cuenta de que esta radiación también podía explicarse con estrellas de neutrones, y probablemente hay muchas de ellas en el centro galáctico.

Totani aprendió una lección de esto. Limitó su búsqueda de la radiación traicionera a regiones del cielo donde hubiera pocas estrellas de neutrones. El investigador utilizó los datos recopilados durante los últimos 15 años por el telescopio de gran angular LAT de Fermi para examinar la radiación gamma del halo de la Vía Láctea, lejos tanto de su centro como de su rica en estrellas disco.

Totani modeló cuidadosamente todas las fuentes conocidas de radiación de alta energía, restó esta radiación de la radiación medida y obtuvo un pequeño pero significativo exceso. Este exceso de gamma cubre el rango de energía de dos a 200 gigaelectronvoltios y muestra un máximo claro a 20 gigaelectronvoltios. Y se espera tal distribución de energía precisamente para la aniquilación mutua de WIMP, que son 500 veces más pesadas que los protones, los componentes cargados eléctricamente de los núcleos atómicos.

¿Podemos estar seguros esta vez de haber visto realmente la materia oscura? Totani ya ha presentado sus resultados a sus colegas en varias conferencias antes de su publicación. Dado que el investigador goza de buena reputación tanto como cosmólogo teórico como práctico en la evaluación de grandes cantidades de datos, sus resultados despertaron un gran interés. Sin embargo, la comunidad científica reacciona con cautela, ya que ya se celebró demasiado pronto en el centro galáctico. Pero el propio Totani habla con cautela solo de una “posible” detección de materia oscura.

Ahora, otros grupos de investigación deben reproducir sus resultados de forma independiente. Pero incluso si se confirma el exceso de gamma, sigue siendo la posibilidad de que fenómenos astrofísicos pasados por alto generen la radiación. “Una señal del halo por sí sola no es una prueba definitiva de la materia oscura”, enfatiza Totani.

Por lo tanto, recomienda buscar esta radiación gamma, en particular, en galaxias enanas. Dado que las condiciones allí son completamente diferentes a las de la Vía Láctea, según su opinión, la detección del mismo tipo de radiación gamma sería una indicación esencial de que proviene de partículas de materia oscura.