El misterio centenario de la materia oscura (el pegamento invisible que se cree mantiene unidas a las galaxias) acaba de recibir una pista moderna.
Los científicos dicen que pueden estar un paso más cerca de confirmar la existencia de este material esquivo, gracias a nuevas simulaciones que sugieren que un tenue resplandor en el centro de la Vía Láctea podría ser la firma tan buscada de la materia oscura.
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La materia oscura, que constituye alrededor del 27% de la materia del universo, sigue siendo uno de los mayores enigmas de la cosmología. No absorbe ni refleja la luz, lo que lo hace completamente invisible para los telescopios. A pesar de décadas de experimentos, desde detectores de partículas subterráneos hasta observatorios espaciales en órbita, los científicos nunca lo han detectado directamente. Ahora, sin embargo, nuevas simulaciones por computadora realizadas por el equipo de Muru pueden habernos acercado un paso más a descifrar el misterio.
Los hallazgos muestran que la materia oscura cerca del centro de la Vía Láctea podría no formar una esfera perfecta como pensaban los científicos durante mucho tiempo. En cambio, parece aplanado, casi con forma de huevo, y esa forma refleja fielmente el patrón de misteriosos rayos gamma observados por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA.
Esto se basa en una investigación que se remonta a 2008, cuando Fermi detectó por primera vez un amplio y brumoso resplandor de luz de alta energía cerca del núcleo galáctico, que se extendía a lo largo de unos 7.000 años luz. La señal era mucho más brillante de lo que los modelos existentes podían explicar.
Algunos científicos propusieron que estos rayos podrían ser el subproducto de partículas invisibles de materia oscura conocidas como WIMP (abreviatura de partículas masivas que interactúan débilmente) que chocan y se aniquilan entre sí. Otros argumentaron que procedían de restos estelares de rápido giro conocidos como púlsares de milisegundos: antiguas estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten rayos de radiación como faros cósmicos.
La teoría del púlsar tenía sentido porque el brillo de los rayos gamma parecía aplanado y abultado, muy parecido a la región central de la Vía Láctea llena de estrellas. Si detrás del resplandor había materia oscura, los científicos esperaban un patrón más suave y redondo.
Muru y su equipo decidieron poner a prueba ambas ideas. Utilizando potentes supercomputadoras, recrearon cómo se formó la Vía Láctea, incluidos miles de millones de años de violentas colisiones y fusiones con galaxias más pequeñas. Los investigadores descubrieron que esos violentos acontecimientos dejaron profundas “huellas dactilares” en la forma en que se distribuye la materia oscura en el núcleo galáctico.
Cuando se tiene en cuenta esta compleja historia, el halo de materia oscura simulado ya no parece esférico. En cambio, adquiere una forma aplanada, parecida a un huevo, que coincide con el patrón de emisión de rayos gamma que ha observado Fermi, informa el nuevo estudio.
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“Estamos demostrando que la materia oscura también tiene esta forma aplanada”, dijo Muru. “Entonces, coincide con el [gamma ray] El exceso es mucho mejor de lo esperado antes”.
El hallazgo sugiere que la materia oscura todavía podría ser un fuerte contendiente detrás del misterioso brillo de la Vía Láctea. Pero los investigadores afirman que esto no descarta completamente los púlsares. Ambas posibilidades, concluye el equipo, son ahora “esencialmente indistinguibles”.
Si el exceso realmente surge de colisiones de materia oscura, sería la primera evidencia indirecta de que los WIMP, uno de los principales candidatos a materia oscura, realmente existen.
Las respuestas definitivas podrían llegar a finales de la década de 2020, cuando el Observatorio Cherenkov Telescope Array (CTAO) comience a explorar los cielos desde sus sitios gemelos en Chile y España. La instalación podrá observar rayos gamma a una resolución mucho mayor que Fermi, dicen los investigadores, lo que potencialmente les ayudará a distinguir entre un enjambre de púlsares, que tienen energías más altas, y partículas de materia oscura aniquiladoras de menor energía.
Muru añadió que las observaciones de rayos gamma de galaxias enanas más pequeñas que orbitan alrededor de la Vía Láctea, cuyos núcleos también albergan materia oscura en bolsas densas, podrían probar aún más ambas posibilidades.
“Ahí es donde esperamos medir la señal”, dijo Muru. “Tenemos muchas ganas de recibir estas observaciones”.
Los científicos están convencidos de que existe materia oscura. Podría decirse que la búsqueda para detectarlo sigue siendo uno de los desafíos más frustrantes y estimulantes de la física moderna.
“Por alguna razón, todavía se nos escapa”, dijo Muru. “Y creo que el misterio lo hace aún más interesante”.
Los resultados se detallaron en un artículo publicado el 16 de octubre en la revista Physical Review Letters.