Hace un siglo, el astrónomo Fritz Zwicky observó que las galaxias se movían más rápido de lo que su masa debería permitir, lo que le llevó a inferir la presencia de una estructura invisible, la materia oscura. Como las partículas que la conforman no interactúan con la fuerza electromagnética, no se pueden observar directamente, ya que no absorben ni reflejan ni emiten luz.
Ahora, el telescopio espacial Fermi de la NASA ha hallado rayos gamma específicos en el centro de la Vía Láctea que concuerdan con la desintegración de las partículas teóricas de materia oscura, aunque también podrían proceder de otras fuentes.
“Si esto es correcto, según mi conocimiento, sería la primera vez que la humanidad ‘ve’ la materia oscura”, afirma el autor del estudio, Tomonori Totani, en una nota de prensa. El artículo se publica en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Miguel Ángel Sánchez Conde
Profesor e investigador en el departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid y en el Instituto de Física Teórica (IFT UAM-CSIC), coordinador científico de toda la Colaboración NASA Fermi-LAT entre 2023-2025 y coordinador de los grupos de trabajo de “Materia Oscura y Nueva Física” de las colaboraciones de rayos gamma Fermi-LAT (2014-16 y 2020-2022) y CTAO (2018-2020)
Universidad Autónoma de Madrid
Instituto de Física Teórica UAM-CSIC
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Vía Science Media Centre España
Este trabajo se enmarca en los esfuerzos de la comunidad por desentrañar la naturaleza de la materia oscura –sin duda, uno de los mayores enigmas de la ciencia actual—a partir de señales indirectas en datos astrofísicos. En este caso, el estudio se centra en el WIMP, con mucho, el candidato más estudiado hasta ahora y preferido en la comunidad. Se espera que los WIMPs se aniquilen en zonas especialmente densas del universo, como nuestra propia galaxia, dando lugar a partículas del Modelo Estándar que podemos buscar, tales como los rayos gamma, la forma de luz más energética en el universo y objeto de este trabajo en particular. Tras un par de décadas de búsqueda ininterrumpida con nuestros telescopios de rayos gamma, no tenemos aún una señal clara de estos WIMPs, si bien ha habido y hay algunas evidencias potenciales a lo largo de los años, que no han podido ser del todo confirmadas pese a nuestros esfuerzos.
La investigación del profesor Totani utiliza datos de rayos gamma recolectados por el satélite Fermi de la NASA en dirección a zonas intermedias de nuestra galaxia, que son analizados e interpretados de manera robusta mediante herramientas completamente estándares en el campo. El trabajo es, por tanto, de buena calidad y contiene abundantes checks que pueden reproducirse e interpretarse en un contexto de búsquedas de materia oscura en forma de WIMPs. El estudio contiene algunas novedades interesantes respecto a trabajos previos (por ejemplo: el uso de más años de datos, un tratamiento alternativo de algunas componentes de la emisión difusa galáctica en los ajustes, un suavizado espacial previo de los datos). De confirmarse el hallazgo, tendría unas repercusiones enormes tanto dentro de la comunidad como fuera de ella. Sería, sin duda, uno de los grandes descubrimientos en la historia de la ciencia.
Lamentablemente, y pese a ser un trabajo serio y a muy tener en cuenta, sus conclusiones adolecen de grandes incertidumbres a día de hoy, de forma que resulta imposible afirmar que “es la primera vez que se ha visto la materia oscura”. Estas incertidumbres son fruto de nuestro conocimiento aún muy limitado acerca de la producción exacta de rayos gamma a través de fenómenos astrofísicos convencionales en diferentes zonas de nuestra galaxia. El estudio afirma que dichos procesos ‘convencionales’ son insuficientes para explicar el exceso de radiación gamma que se observa y que, por tanto, este exceso se debe a aniquilación de WIMPs. Sin embargo, existen degeneraciones muy importantes entre las diferentes componentes que sabemos contribuyen a la emisión difusa galáctica en este dominio de energía. Esto mismo ha llevado en el pasado a afirmar de manera similar en varias ocasiones que habíamos detectado la materia oscura, cuando en todos esos casos un estudio más detallado/completo concluyó que se trataba de astrofísica ‘convencional’ incorrectamente modelada. La excepción la constituye el exceso de emisión de rayos gamma que se observa en el centro galáctico, cuyo origen nos es aún desconocido unos quince años después de su descubrimiento (todavía una posibilidad real es que se deba a materia oscura). No es 100% seguro, por tanto, que i) exista el exceso de señal mencionado, teniendo en cuenta las incertidumbres actuales en el modelado de la emisión difusa, y que ii) dicho exceso, de existir, se deba a la materia oscura y a no a alguna otra componente astrofísica hasta ahora no considerada.
Otras cuestiones igualmente relevantes arrojan dudas adicionales acerca de la interpretación del exceso observado en términos de materia oscura. Para explicar dicho exceso con WIMPs, tal y como se plantea en el trabajo, estos deberían aniquilarse a una tasa aproximadamente un factor diez más elevada que lo esperado (es decir, si quisiéramos explicar la totalidad de la materia oscura en forma de WIMPs). Esta tasa de aniquilación tan elevada entra, además, en conflicto serio con las cotas más robustas que tenemos sobre el WIMP en la actualidad y que hemos conseguido derivar a partir de observaciones de galaxias enanas (los mejores objetos para este tipo de búsqueda). El exceso entendido como aniquilación de WIMPs también requeriría que la distribución de materia oscura en la galaxia fuera especialmente atípica e inesperada, al implicar un cambio brusco de la misma en las zonas más cercanas al centro galáctico, para no entrar en conflicto con nuestras observaciones gamma en esa zona.