Se prevé que la materia oscura, compuesta de partículas que no reflejan, emiten ni absorben la luz, constituye la mayor parte de la materia del universo. Sin embargo, su falta de interacciones con la luz impide su detección directa mediante métodos experimentales convencionales.
Los físicos llevan décadas intentando idear métodos alternativos para detectar y estudiar la materia oscura, pero muchas preguntas sobre su naturaleza y su presencia en nuestra galaxia siguen sin respuesta. Los experimentos de Pulsar Timing Array (PTA) han intentado investigar la presencia de las llamadas partículas ultraligeras de materia oscura examinando la sincronización de un conjunto de púlsares de radio galácticos de milisegundos (es decir, objetos celestes que emiten pulsos de ondas de radio regulares de milisegundos de duración).
El European Pulsar Timing Array, un equipo multinacional de investigadores con sede en diferentes institutos que utiliza seis radiotelescopios en toda Europa para observar púlsares específicos, analizó recientemente la segunda ola de datos que recopilaron. Su artículo, publicado en Physical Review Letters, establece restricciones más estrictas sobre la presencia de materia oscura ultraligera en la Vía Láctea.
«Este artículo fue básicamente el resultado de mi primer proyecto de doctorado», dijo a Phys.org Clemente Smarra, coautor del artículo. «La idea surgió cuando le pregunté a mi supervisor si podía llevar a cabo una investigación centrada en la ciencia de las ondas gravitacionales, pero desde una perspectiva de la física de partículas. El objetivo principal del proyecto era limitar la presencia de la llamada materia oscura ultraligera en nuestra galaxia. «.
La materia oscura ultraligera es un candidato hipotético a materia oscura, formada por partículas muy ligeras que potencialmente podrían abordar misterios de larga data en el campo de la astrofísica. El reciente estudio de Smarra y sus colegas tenía como objetivo sondear la posible presencia de este tipo de materia oscura en nuestra galaxia, a través de datos recopilados por el European Pulsar Timing Array.
«Nos inspiraron esfuerzos anteriores en este campo, especialmente el trabajo de Porayko y sus colaboradores», dijo Smarra. «Gracias a la mayor duración y la precisión mejorada de nuestro conjunto de datos, pudimos imponer restricciones más estrictas a la presencia de materia oscura ultraligera en la Vía Láctea».
El reciente artículo del European Pulsar Timing Array parte de suposiciones diferentes a las de otros estudios realizados en el pasado. En lugar de investigar las interacciones entre la materia oscura y la materia ordinaria, se supone que estas interacciones sólo ocurren a través de efectos gravitacionales.
«Supusimos que la materia oscura interactúa con la materia ordinaria sólo mediante interacción gravitacional», explicó Smarra. «Esta es una afirmación bastante sólida: de hecho, lo único seguro que sabemos sobre la materia oscura es que interactúa gravitacionalmente. En pocas palabras, la materia oscura produce pozos potenciales en los que viajan los rayos de radio de púlsar. Pero la profundidad de estos pozos es periódico en el tiempo, por lo tanto el tiempo de viaje de los rayos de radio desde los púlsares a la Tierra también cambia con una periodicidad distintiva.»
Al buscar este efecto particular en la segunda ola de datos publicados por el Pulsar Timing Array europeo, Smarra y sus colegas pudieron establecer nuevas limitaciones a la presencia de materia oscura ultraligera alrededor de los púlsares. El European Pulsar Timing Array ha estado recopilando estos datos durante casi 25 años, utilizando 6 sofisticados radiotelescopios situados en diferentes lugares de Europa.
«Basándonos en nuestros análisis, podemos excluir que las partículas ultraligeras en un rango específico de masas puedan constituir la cantidad total de materia oscura», dijo Smarra. «Por lo tanto, si estuvieran allí, todavía necesitaríamos algo más para explicar lo que vemos. Y este resultado es bastante sólido, ya que nos centramos en la interacción gravitacional de la materia oscura, que es lo único que sabemos con certeza».
El trabajo reciente del European Pulsar Timing Array muestra que las partículas ultraligeras con masas de 10−24,0 eV≲m≲10−23,3 eV no pueden constituir el 100% de la densidad de materia oscura local medida y pueden tener como máximo una densidad local de ρ≲0,3 GeV/cm3. Estas nuevas limitaciones podrían guiar futuras investigaciones en esta área, potencialmente informando futuras búsquedas de este elusivo candidato a materia oscura.
«Actualmente estoy planeando explorar si los púlsares tienen firmas que puedan decirnos algo más sobre la materia oscura», añadió Smarra. «Además, en general estoy interesado en la ciencia de la PTA, por lo que también me gustaría trabajar en el modelado astrofísico de sistemas binarios de agujeros negros supermasivos, que se cree que son una explicación convincente para el fondo de ondas gravitacionales estocásticas que hemos observado recientemente».
Con información de Physical Review Letters
