Se cree que la materia oscura, un material hipotético que no absorbe, emite ni refleja la luz, representa más del 80 por ciento de la materia del universo. Si bien muchos estudios han insinuado indirectamente su existencia, hasta ahora, los físicos no han podido detectar directamente la materia oscura y, por lo tanto, determinar con confianza en qué consiste.
Un factor que hace que la búsqueda de materia oscura sea particularmente desafiante es que se sabe muy poco sobre su posible masa y composición. Esto significa que las búsquedas de materia oscura se basan en gran parte en hipótesis y suposiciones teóricas.
Investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC y la Université Paris Saclay han llevado a cabo recientemente un estudio teórico que podría introducir una nueva forma de buscar materia oscura. Su artículo, publicado en Physical Review Letters, muestra que cuando la materia oscura macroscópica viaja a través de una estrella, podría producir ondas de choque que podrían alcanzar la superficie de la estrella. Estas ondas podrían, a su vez, generar emisiones ópticas, UV y de rayos X distintivas y transitorias que podrían ser detectables por telescopios sofisticados.
“La mayoría de los experimentos han buscado materia oscura hecha de partículas separadas, cada una tan pesada como un núcleo atómico, o agrupaciones tan masivas como planetas o estrellas”, dijo a Phys.org Kevin Zhou, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio. . “Estábamos interesados en el caso intermedio de la materia oscura del tamaño de un asteroide, que se pensaba que era difícil de probar experimentalmente, ya que los asteroides oscuros serían demasiado raros para impactar en la Tierra, pero demasiado pequeños para verlos en el espacio”.
Inicialmente, Zhou y sus colegas comenzaron a explorar la posibilidad de que el calor producido durante el impacto entre un asteroide de materia oscura y una estrella ordinaria pudiera provocar la explosión de la estrella. Esta hipótesis se basó en estudios anteriores que sugerían que la deposición de energía a veces puede desencadenar una supernova en las enanas blancas. Sin embargo, después de algunas semanas de cálculos y discusiones, el equipo se dio cuenta de que el impacto entre un asteroide de materia oscura y una estrella ordinaria probablemente no provocaría una explosión, ya que las estrellas ordinarias son más estables que las enanas blancas.
“Tuvimos el presentimiento de que la energía producida por tal colisión debería ser visible de alguna manera, así que hicimos una lluvia de ideas durante unos meses, probando y lanzando una idea tras otra”, explicó Zhou. “Finalmente, nos dimos cuenta de que las ondas de choque generadas por el viaje del asteroide oscuro a través de la estrella eran la firma más prometedora”.
Las ondas de choque son señales agudas que se producen cuando un objeto se mueve más rápido que la velocidad del sonido. Por ejemplo, un avión supersónico produce un estampido sónico, que se puede escuchar desde la superficie de la Tierra incluso cuando vuela millas por encima de ella.
De manera similar, Zhou y sus colegas predijeron que las ondas de choque producidas por asteroides oscuros en el interior de una estrella podrían alcanzar la superficie de una estrella. Esto, a su vez, daría como resultado un punto caliente de corta duración que podría detectarse utilizando telescopios que pueden examinar el espectro ultravioleta.
“Estamos entusiasmados de haber identificado una nueva y poderosa forma de buscar un tipo de materia oscura que se cree que es difícil de probar, utilizando telescopios que ya tenemos de una manera inesperada”, dijo Zhou. “El telescopio ultravioleta más poderoso es el telescopio espacial Hubble, pero dado que los eventos de choque estelar son transitorios, ayuda poder monitorear más del cielo a la vez”.
El estudio reciente sigue una tendencia creciente dentro de la comunidad astrofísica de utilizar objetos astronómicos como enormes detectores de materia oscura. Este enfoque prometedor para la búsqueda de materia oscura une los campos de la física de partículas y la astrofísica, acercando a estas dos comunidades.
En el futuro, el trabajo reciente de este equipo de investigadores podría inspirar a los ingenieros a construir telescopios UV nuevos y más pequeños que puedan observar partes más amplias del universo. Un telescopio similar, denominado ULTRASAT, ya está programado para ser lanzado en 2024. Con este telescopio, los físicos podrían intentar buscar materia oscura examinando superficies estelares. En sus próximos trabajos, los propios investigadores planean intentar detectar posibles eventos de impacto de asteroides oscuros utilizando datos de telescopios UV.
“El caso ideal sería usar el telescopio espacial Hubble para monitorear un gran cúmulo globular en la UV”, dijo Zhou. “También sería interesante considerar el impacto de asteroides oscuros contra otros objetos astronómicos. Desde nuestro trabajo, ha habido artículos de otros que consideran impactos en estrellas de neutrones y gigantes rojas, pero probablemente haya ideas aún más prometedoras en esta dirección que nadie ha pensado en aún.”
