A principios de la década de 1930, el astrónomo suizo Fritz Zwicky observó galaxias en el espacio moviéndose a una velocidad superior a la que su masa debería permitir, lo que le llevó a inferir la presencia de un andamiaje invisible —la materia oscura— que las mantenía unidas. Casi 100 años después, el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA podría haber proporcionado evidencia directa de la materia oscura, permitiendo que esta materia invisible fuera «vista» por primera vez.
La naturaleza esquiva de la materia oscura
La materia oscura ha permanecido en gran medida como un misterio desde que se propuso hace tantos años. Hasta ahora, los científicos solo habían podido observarla indirectamente a través de sus efectos sobre la materia observable, como su capacidad para generar suficiente fuerza gravitacional para mantener unidas las galaxias.
La razón por la que la materia oscura no puede observarse directamente es que las partículas que la componen no interactúan con la fuerza electromagnética, lo que significa que la materia oscura no absorbe, refleja ni emite luz.
Abundan las teorías, pero muchos investigadores plantean la hipótesis de que la materia oscura está compuesta por partículas masivas de interacción débil (WIMP, por sus siglas en inglés), que son más pesadas que los protones, pero interactúan muy poco con la materia. A pesar de esta falta de interacción, cuando dos WIMP colisionan, se predice que se aniquilarán mutuamente y liberarán otras partículas, incluyendo fotones de rayos gamma.
Durante años, los investigadores se han centrado en regiones donde se concentra la materia oscura, como el centro de la Vía Láctea, mediante observaciones astronómicas en busca de estos rayos gamma específicos.
Observaciones innovadoras del telescopio Fermi
Utilizando los datos más recientes del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, el profesor Tomonori Totani, del Departamento de Astronomía de la Universidad de Tokio, cree haber detectado finalmente los rayos gamma específicos predichos por la aniquilación de partículas teóricas de materia oscura.
El estudio de Totani se publica en la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
«Detectamos rayos gamma con una energía fotónica de 20 gigaelectronvoltios (o 20 mil millones de electronvoltios, una cantidad de energía extremadamente grande) que se extienden en una estructura similar a un halo hacia el centro de la Vía Láctea. El componente de emisión de rayos gamma se asemeja mucho a la forma esperada del halo de materia oscura», afirmó Totani.
El espectro de energía observado, o rango de intensidades de emisión de rayos gamma, coincide con la emisión predicha a partir de la aniquilación de hipotéticos WIMP, con una masa aproximadamente 500 veces mayor que la de un protón. La frecuencia de aniquilación de WIMP estimada a partir de la intensidad de rayos gamma medida también se encuentra dentro del rango de las predicciones teóricas.
Es importante destacar que estas mediciones de rayos gamma no se explican fácilmente por otros fenómenos astronómicos o emisiones de rayos gamma más comunes. Por lo tanto, Totani considera que estos datos constituyen un fuerte indicio de la emisión de rayos gamma de la materia oscura, algo que se ha buscado durante muchos años.
«Si esto es correcto, hasta donde sé, sería la primera vez que la humanidad ha ‘visto’ materia oscura. Y resulta que la materia oscura es una nueva partícula no incluida en el modelo estándar actual de física de partículas. Esto supone un avance importante en la astronomía y la física», afirmó Totani.
Próximos pasos y verificación científica
Si bien Totani confía en que sus mediciones de rayos gamma detectan partículas de materia oscura, sus resultados deben ser verificados mediante análisis independientes por otros investigadores. Incluso con esta confirmación, los científicos necesitarán pruebas adicionales de que la radiación de tipo halo es, de hecho, el resultado de la aniquilación de materia oscura y no proviene de otros fenómenos astronómicos.
Pruebas adicionales de colisiones de WIMP en otros lugares con alta concentración de materia oscura reforzarían estos resultados iniciales. Detectar emisiones de rayos gamma de la misma energía provenientes de galaxias enanas dentro del halo de la Vía Láctea, por ejemplo, respaldaría el análisis de Totani.
«Esto podría lograrse una vez que se recopilen más datos, y de ser así, proporcionaría evidencia aún más sólida de que los rayos gamma se originan en la materia oscura», afirmó Totani.
Con información de Journal of Cosmology and Astroparticle Physics
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