Investigadores buscan una misteriosa partícula de materia oscura con un ingenioso truco

Físicos de la Universidad de Copenhague han comenzado a utilizar los gigantescos campos magnéticos de los cúmulos de galaxias para observar agujeros negros distantes en su búsqueda de una esquiva partícula que ha desconcertado a los científicos durante décadas.

Es una historia de extremos difíciles de comprender.

Las estructuras más pesadas del universo, los cúmulos de galaxias, son mil billones de veces más masivas que el Sol. Y los axiones, misteriosas partículas teóricas, son muchísimo más ligeros que incluso el átomo más ligero.

El axión es una partícula elemental hipotética que podría ser la clave para comprender la materia oscura, un material desconocido que se cree que representa alrededor del 80% de la masa de nuestro universo.

Nadie ha demostrado aún la existencia de los axiones, algo que ha eludido a los investigadores durante décadas. Pero con un ingenioso truco que involucra galaxias lejanas, físicos de la Universidad de Copenhague posiblemente se acercaron más que nunca.

En lugar de utilizar un acelerador de partículas terrestre, como el del CERN, los investigadores recurrieron al cosmos y lo utilizaron como una especie de gigantesco acelerador de partículas. En concreto, buscaron la radiación electromagnética emitida por los núcleos de galaxias distantes y muy brillantes, cada una con un agujero negro supermasivo en su centro.

Luego, observaron esta radiación a medida que atravesaba los vastos campos magnéticos de los cúmulos de galaxias, donde parte de ella podría, hipotéticamente, transformarse en axiones. Esta transformación dejaría tras de sí pequeñas fluctuaciones aleatorias en los datos. Sin embargo, cada señal es tan débil que, por sí sola, se pierde en el ruido de fondo del universo.

Así pues, los investigadores introdujeron un concepto novedoso. En su lugar, observaron un total de 32 agujeros negros supermasivos situados detrás de cúmulos de galaxias y combinaron los datos de sus observaciones.

Al examinar los datos, los investigadores se sorprendieron al descubrir un patrón que se asemejaba a la firma de la esquiva partícula axión.

«Normalmente, la señal de estas partículas es impredecible y aparece como ruido aleatorio. Pero nos dimos cuenta de que, al combinar datos de diversas fuentes, habíamos transformado todo ese ruido en un patrón claro y reconocible», explica Oleg Ruchayskiy, profesor asociado del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague y autor principal de un artículo en Nature Astronomy titulado «Restricciones en partículas similares a axiones de núcleos galácticos activos vistos a través de cúmulos de galaxias», que estudia el axión.

Añade: «Se presenta como un patrón escalonado único que muestra cómo podría ser esta conversión. Solo lo vemos como un indicio de una señal en nuestros datos, pero aun así es muy tentador y emocionante. Podríamos llamarlo un susurro cósmico, ahora lo suficientemente fuerte como para oírlo».

Más cerca del descubrimiento de la materia oscura

Si bien el patrón revelado por los científicos no constituye una prueba definitiva de la existencia de los axiones, la investigación de Ruchayskiy y sus colegas nos acerca a la comprensión de la materia oscura.

«Este método ha ampliado considerablemente nuestro conocimiento sobre los axiones. En esencia, nos ha permitido cartografiar una amplia zona que sabemos que no contiene el axión, lo que reduce el espacio donde se puede encontrar», afirma la investigadora posdoctoral Lidiia Zadorozhna, becaria Marie Curie del Instituto Niels Bohr y una de las principales autoras del nuevo artículo.

Si bien este experimento se centró en un tipo específico de radiación electromagnética, conocida como rayos gamma, el método también puede utilizarse con otros tipos de radiación, como los rayos X.

Estamos muy entusiasmados, ya que no se trata de un avance único. Este método nos permite ir más allá de los límites experimentales previos y ha abierto un nuevo camino para el estudio de estas esquivas partículas. La técnica puede ser replicada por nosotros y por otros grupos, en un amplio rango de masas y energías. De esta manera, podemos aportar más piezas al rompecabezas de la explicación de la materia oscura, afirma Zadorozhna.

Con información de Nature