En el centro de nuestra galaxia hay un misterioso y difuso resplandor emitido por rayos gamma, una poderosa radiación generalmente emitida por objetos de alta energía, como estrellas que giran rápidamente o explotan.
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA detectó el resplandor poco después de su lanzamiento en 2008, y la luz ha desconcertado a los científicos desde entonces, y ha causado especulaciones sobre su causa.
Algunos astrónomos creen que la fuente del brillo son los púlsares (los restos giratorios de estrellas que explotaron), mientras que otros apuntan a partículas en colisión de materia oscura, una forma de materia esquiva e invisible que se cree que es cinco veces más abundante que la materia normal.
Muchos estudios previos han encontrado respaldo para ambas ideas, pero parecía haber un problema con la teoría de la materia oscura: el resplandor de los rayos gamma parecía coincidir con la forma del bulbo galáctico, una región abarrotada y bulbosa en el centro de la Vía Láctea que está compuesta principalmente por estrellas viejas, incluyendo púlsares. Esta observación pareció respaldar la teoría del púlsar, y los expertos teorizan que el resplandor habría adoptado una forma más esférica si su fuente fuera materia oscura. Sin embargo, los astrónomos no han podido observar suficientes púlsares que producirían los rayos gamma para hacer una evaluación concluyente.
Ahora, nuevas simulaciones realizadas con supercomputadoras muestran por primera vez que las colisiones de materia oscura también podrían haber creado el brillo en forma de bulbo, lo que añade peso a la teoría de la materia oscura.
“Estamos en una situación en la que tenemos dos teorías: una que postula la materia oscura y afirma que podría explicar los datos que vemos; la otra, las estrellas viejas”, dijo Joseph Silk, profesor de física y astronomía en la Universidad Johns Hopkins y coautor de un estudio que detalla los nuevos hallazgos, publicado el jueves en la revista Physical Review Letters.
“Hay un 50 % de posibilidades de que se trate de materia oscura en este momento, a diferencia de la explicación un poco más mundana de las estrellas viejas, en mi opinión”.
La evidencia de la materia oscura constituiría un descubrimiento revolucionario. El astrónomo suizo Fritz Zwicky teorizó por primera vez la existencia de la materia oscura en la década de 1930, y los astrónomos estadounidenses Vera Rubin y W. Kent Ford la confirmaron en la década de 1970. Observaron que las estrellas que orbitaban en el borde de las galaxias espirales se movían demasiado rápido como para mantenerse unidas únicamente por la materia visible y la gravedad, y postularon que existía una gran cantidad invisible de materia que les impedía separarse. A pesar de décadas de esfuerzo, los científicos nunca han observado directamente esta misteriosa sustancia, de ahí su nombre.
“No cabe duda de que la naturaleza de la materia oscura es uno de los principales problemas pendientes de la física”, afirmó Silk. “Es algo que está en todas partes: cerca de nosotros, lejos de nosotros, y simplemente no sabemos qué es”.
Existen numerosas hipótesis sobre la posible composición de la materia oscura, incluyendo restos de agujeros negros primordiales o un tipo de partícula aún no descubierto. Gran parte del esfuerzo para encontrar materia oscura se ha enfocado en esta última idea, lo que ha llevado a la construcción de detectores como el Experimento de Materia Oscura LZ en Dakota del Sur.
El instrumento está diseñado para detectar uno de los principales candidatos a materia oscura: las partículas hipotéticas llamadas WIMP (Partículas Gigantes de Interacción Débil), que no absorben la luz y pueden atravesar la materia ordinaria casi sin problemas. Los científicos creen que cuando dos WIMP se encuentran, se aniquilan mutuamente y producen rayos gamma, lo que las convertiría en una fuente plausible del brillo.
El estudio de Silk utilizó supercomputadoras para crear un mapa de dónde debería estar la materia oscura en la Vía Láctea, teniendo en cuenta cómo se formó originalmente la galaxia.
El problema fue que todos los modelos de los últimos 20 años sobre la materia oscura en nuestra galaxia la asumen básicamente como una bola esférica. No tiene forma, porque ese era el modelo más simple, indicó Silk.
“Nuestra contribución fue, por primera vez, realizar una simulación informática real de la distribución de la materia oscura. Y, ¡oh sorpresa!, descubrimos que la parte central de la materia oscura, donde se emitirían los rayos gamma, estaba, de hecho, aplastada, con una forma similar a la de un huevo. Esta forma aplastada coincide estrechamente con los datos del telescopio Fermi”, explicó Silk.
Por fortuna, la confirmación del vínculo entre la materia oscura y el resplandor podría estar a la vuelta de la esquina. Un nuevo instrumento, el Observatorio del Conjunto de Telescopios Cherenkov (CTAO, por sus siglas en inglés), se está construyendo en dos emplazamientos —uno en Chile y otro en España— y comenzará a generar datos a partir de 2027. El CTAO detectará rayos gamma con una resolución mucho mayor que Fermi, afirmó Silk, lo que permitirá determinar si los rayos gamma en el centro de la Vía Láctea son producto de colisiones de materia oscura.
Ese hallazgo representaría un gran avance en la búsqueda de la esquiva sustancia, añadió, además de ofrecer pruebas de que al menos una parte de la materia oscura está compuesta de WIMP. Si, por el contrario, el CTAO no vincula el brillo con la materia oscura, los científicos volverían al punto de partida en la búsqueda, con todas las opciones aún sobre la mesa.
El estudio ayuda a reabrir la posibilidad de que la materia oscura pueda explicar el brillo en nuestro centro galáctico, aunque no aporta nueva evidencia positiva a favor de la materia oscura, afirmó Tracy Slatyer, profesora de física del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), quien no participó en el estudio. Sin embargo, no está convencida de que exista una correspondencia definitiva entre la forma de la distribución de la materia oscura y el bulbo estelar. “Creía que la hipótesis de la materia oscura seguía siendo razonable incluso antes de este estudio”, añadió.
Este trabajo respalda aún más el esfuerzo internacional por seguir impulsando la búsqueda de WIMP, según Chamkaur Ghag, profesor de física y astronomía del University College de Londres, quien tampoco participó en la investigación de Silk. “Sigue siendo una solución muy elegante al antiguo problema de la materia oscura”, añadió Ghag por correo electrónico, y señaló que con el desarrollo de más detectores de WIMP, observar señales de la aniquilación de estas partículas en el espacio significaría resolver el enigma de la materia oscura, que data de casi un siglo.
Nico Cappelluti, profesor asociado del departamento de física de la Universidad de Miami, afirmó que el telescopio Fermi ha sido un punto de inflexión para la NASA, y este artículo demuestra que la materia oscura aún está en plena carrera para explicar el extraño brillo en el centro de nuestra galaxia. “Ese misterio sigue vivo, y es de esos que nos quitan el sueño a científicos como yo”, declaró Cappelluti, quien no participó en el estudio.
Descubrir qué es la materia oscura ha sido la búsqueda científica de nuestro siglo, añadió, señalando que “las WIMP, estas partículas hipotéticas, han sido nuestras principales sospechosas durante años. El hecho de que los experimentos en la Tierra aún no las hayan detectado es frustrante”, afirmó.
Pero Fermi nos da una razón para seguir creyendo. “Este artículo nos recuerda que no debemos descartar a las WIMP de la lista todavía; podrían seguir iluminando el centro de nuestra galaxia”, dijo Cappelluti. “Y si eso es cierto, estamos más cerca que nunca de descubrir un secreto fundamental del universo”.
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