Es posible que hayamos detectado accidentalmente materia oscura en 2019.
Este descubrimiento potencialmente histórico podría estar al acecho en los datos existentes de ondas gravitacionales: ondas en el tejido del espacio-tiempo mismo.
Físicos de Estados Unidos, Reino Unido y Europa proponen que si dos agujeros negros chocaran mientras están envueltos en una nube de materia oscura, las ondas gravitacionales que envían a través del cosmos podrían llevar la huella de ese entorno.
Cuando aplicaron su modelo a docenas de detecciones de ondas gravitacionales, encontraron un evento que potencialmente encaja a la perfección.
Está lejos de ser una confirmación todavía, pero el equipo dice que podría conducir a una nueva forma de investigar tanto las ondas gravitacionales como la materia oscura.
“Utilizar los agujeros negros para buscar materia oscura sería fantástico”, afirma Rodrigo Vicente, físico de la Universidad de Amsterdam.
“Podríamos explorar la materia oscura a escalas mucho más pequeñas que nunca”.
En 1916, Einstein publicó su teoría general de la relatividad, que describe la gravedad como un producto asociado a la curvatura del espacio-tiempo. Sus predicciones fueron confirmadas más tarde, una por una, a través de observaciones, pero un detalle persistente persistió durante casi un siglo.
Einstein predijo que los movimientos de objetos de gran masa (por ejemplo, de agujeros negros o estrellas de neutrones fusionándose) podrían enviar ondas a través del espacio-tiempo a la velocidad de la luz.
Fue necesario hasta 2015 para que finalmente se detectaran directamente estas ondas gravitacionales, y desde entonces se han registrado cientos de eventos.
Cada uno lleva impresa información sobre el evento en sí, incluidas las masas de los objetos involucrados y, por extensión, sus identidades.
Por lo general, se trata de fusiones entre agujeros negros de diferentes tamaños, pares de estrellas de neutrones que chocan o agujeros negros que se tragan restos estelares. Otros pueden insinuar objetos más exóticos, como agujeros de gusano en universos paralelos.
Los investigadores detrás del nuevo estudio se preguntaron si podría haber otra información oculta en onda gravitacional señales.
Específicamente, ¿podrían ayudarnos a resolver otro misterio de larga data: el de la materia oscura, la materia extraña que se predice que impregnará el Universo e interactuará con la materia regular sólo a través de su influencia gravitacional?
(Roy et al., Phys. Rev. Lett., 2026)
Un modelo describe la materia oscura como compuesta de partículas ultraligeras. Estas partículas podrían formar un campo y comportarse colectivamente como una onda en entornos extremos, por ejemplo, cerca de la intensa gravedad de los agujeros negros.
Ya se sabe que los agujeros negros giratorios arrastran el espacio-tiempo, por lo que no es exagerado sugerir que esta energía rotacional también podría afectar las nubes de materia oscura a su alrededor.
A su vez, estas nubes deberían cambiar la dinámica de los agujeros negros binarios a medida que chocan entre sí, y esto debería imprimir firmas específicas en las ondas gravitacionales que emiten, dicen los investigadores.
El equipo modeló el efecto que tendría este fenómeno en las señales de ondas gravitacionales cuando llegaran a nuestros detectores terrestres y las comparó con fusiones que ocurren en un entorno sin una gran nube de materia oscura colgando sobre él.
Finalmente, aplicaron su modelo a 28 detecciones realizadas por la red LVK de observatorios de ondas gravitacionales: LIGO en Estados Unidos, Virgo en Italia y KAGRA en Japón. De ellas, 27 señales mostraron patrones de haberse originado en el vacío.
Pero un evento, detectado en julio de 2019 y designado GW190728, mostró un patrón consistente con un par de agujeros negros fusionándose dentro de una densa nube de materia oscura.
Definitivamente es un resultado intrigante, pero los investigadores advierten que no se deben sacar conclusiones sólidas por el momento.
“La importancia estadística de esto no es lo suficientemente alta como para afirmar que se ha detectado materia oscura, y grupos independientes deberían realizar más comprobaciones”, afirma el físico Josu Aurrekoetxea del MIT.
“Lo que creemos que es importante destacar es que sin modelos de forma de onda como el nuestro, podríamos estar detectando agujero negro fusiones en entornos de materia oscura, pero clasificándolas sistemáticamente como ocurridas en el vacío”.
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Por supuesto, todavía ni siquiera sabemos qué forma adopta la materia oscura; es posible que ni siquiera forme nubes como ésta. Quizás la materia oscura sea WIMPy o MACHO; puede interactuar consigo mismo o ser inerte; puede interactuar con el electromagnetismo; incluso pueden ser pequeños agujeros negros primordiales.
O siempre existe la posibilidad de que no exista en absoluto y nuestros modelos de gravedad necesiten modificarse.
Se necesitará mucho más trabajo para arrojar luz sobre la materia oscura.
La nueva investigación fue publicada en la revista Physical Review Letters.