A principios de los años 30 el astrónomo suizo Fritz Zwicky observó que las galaxias del cúmulo de Coma, a unos 320 millones de años luz de la Tierra, se movían a velocidades que requerían mucha más masa de la que se podía ver. Lo … cual le llevó a concluir que debía haber una sustancia invisible y masiva, a la que llamó ‘materia oscura’, que proporcionaba la gravedad extra necesaria para mantener esas galaxias unidas.
Desde entonces, físicos y astrónomos de todo el mundo han tratado inútilmente de observar de algún modo esa materia oscura, tanto en el espacio como en la intimidad de sus laboratorios. Una tarea que se ha revelado imposible ya que, a diferencia de la materia ‘normal’, la oscura no interactúa con la fuerza electromagnética, es decir, no absorbe, refleja ni emite luz en ninguna de sus longitudes de onda (radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos x y rayos gamma), por lo que resulta indetectable para todos nuestros telescopios. Por no saber, ni siquiera sabemos si está hecha de átomos. Y de ser así, de qué clase de partículas estarían hechos esos átomos.
De lo único que podemos estar seguros es de que esa materia oscura existe, y que además es hasta cinco veces más abundante que la materia ordinaria, la que sí podemos ver (la que forma los planetas, las estrellas y las galaxias que nos rodean), sobre la que ejerce gravedad. Su abundancia se ha determinado calculando la materia que ‘falta’ para explicar por qué las estrellas y las galaxias se mueven de la forma que vemos.
Las teorías, desde luego, abundan, pero ninguna de ellas ha podido ser comprobada hasta ahora. Una de las más extendidas plantea la hipótesis de que la materia oscura está compuesta por algo llamado partículas masivas de interacción débil, o WIMPs, que son más pesadas que los protones pero que interactúan muy poco con otra materia. A pesar de ello, se supone que cuando dos WIMPs colisionan entre ellos, se aniquilan mutuamente y liberan otras partículas, entre las que habría fotones de rayos gamma, que sí se podrían detectar. Por eso, los investigadores llevan largos años escudriñando el espacio en busca de esos rayos gamma específicos.
¿Primera detección directa?
Y ahora el astrónomo japonés Tomonori Totani, de la Universidad de Tokio, cree haberlo conseguido gracias a los últimos datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA. Si está en lo cierto, podríamos estar ante la primera evidencia directa de la existencia de materia oscura. O dicho de otra forma, podríamos haberla ‘visto’ por primera vez. El trabajo de Totani se acaba de publicar en ‘Journal of Cosmology and Astroparticle Physics‘.
«Detectamos -dice el investigador- rayos gamma con una energía de fotones de 20 gigaelectronvoltios (o 20.000 millones de electronvoltios, una cantidad extremadamente grande de energía) que se extendían en una estructura similar a la de un halo hacia el centro de la Vía Láctea. El componente de emisión de rayos gamma coincide mucho con la forma esperada del halo de materia oscura».
Mapa de intensidad de rayos gamma que abarca aproximadamente 100 grados en dirección al centro galáctico. La barra gris horizontal corresponde al área del plano galáctico, que fue excluida del análisis para evitar una radiación astrofísica fuerte que afectara a los resultados
Tomonori Totani, Universidad de Tokyo
El espectro de energía observado, o rango de intensidades de emisión de rayos gamma, coincide, de hecho, con la emisión predicha a partir de la aniquilación de hipotéticos WIMPs, con una masa aproximadamente 500 veces la de un protón. La frecuencia de aniquilación WIMP estimada a partir de la intensidad de rayos gamma medida también entra dentro del rango de las predicciones teóricas.
Es importante destacar que estas mediciones de rayos gamma no pueden explicarse fácilmente con otros fenómenos astronómicos más comunes, ni con las emisiones de rayos gamma típicas. Por eso, Totani considera estos datos como un fuerte indicio de la emisión de rayos gamma por parte de la materia oscura, algo que se llevaba buscando desde hace muchos años.
Un gran avance
«Si esto es correcto -afirma Totani-, y hasta donde yo sé, sería la primera vez que la humanidad ha ‘visto’ materia oscura. Y resulta que la materia oscura es una partícula nueva que no está incluida en el Modelo Estándar actual de la física de partículas. Lo cual supone un avance importante tanto en astronomía como en física».
El Modelo Estándar, en efecto, que incluye a todas las partículas subatómicas que existen y describe las cuatro fuerzas que las gobiernan (Electromagnetismo, gravedad y fuerzas nucleares fuerte y débil), no da ninguna pista sobre la materia oscura.
Ahora, y aunque Totani está muy seguro de que sus mediciones de rayos gamma realmente proceden de partículas de materia oscura, sus resultados deben verificarse por medio de análisis independientes por parte de otros investigadores. E incluso con esa confirmación, los científicos querrán pruebas adicionales de que la radiación detectada es, efectivamente, el resultado de la aniquilación de la materia oscura y no de algún otro fenómeno astronómico.
Pruebas adicionales de colisiones WIMP en otros lugares que también albergan una alta concentración de materia oscura también servirían para reforzar los resultados de este estudio. Detectar, por ejemplo, las mismas emisiones de rayos gamma en otras galaxias cercanas y dentro del halo Vía Láctea, sería un poderoso aval para el análisis de Totani. «Esto -dice el científico- podría lograrse una vez que se acumulen más datos y, de ser así, proporcionaría pruebas aún más sólidas de que esos rayos gamma realmente provienen de la materia oscura».