DE UN ARTÍCULO DE Guillermo Carvajal
Radiación de rayos gamma similar a un halo que se propaga en el centro de la galaxia de la Vía Láctea (La barra en el centro es el área correspondiente al plano galáctico y el área excluida del análisis
Un análisis de 15 años de datos del telescopio espacial Fermi revela un halo difuso de radiación gamma en el núcleo de la Vía Láctea, cuyas características concuerdan con las predichas para la aniquilación de esta esquiva componente del cosmos.
En un avance que podría marcar un punto de inflexión en la comprensión del universo, un equipo de investigación de la Universidad de Tokio ha identificado una emisión de rayos gamma en la dirección del centro de nuestra galaxia que presenta todas las características atribuidas durante décadas a la materia oscura.
El hallazgo, fruto de un meticuloso análisis de una década y media de observaciones, sugiere que podríamos estar ante la primera evidencia directa de esta sustancia invisible que constituye aproximadamente el 85% de la masa total del cosmos y cuyo origen ha permanecido como uno de los enigmas más profundos de la física moderna durante casi un siglo.
La investigación, dirigida por el profesor Tomonori Totani del Departamento de Astronomía de la Escuela de Ciencias de la Universidad de Tokio, se centró en los datos recopilados por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, un observatorio orbital lanzado por la NASA en 2008.
El análisis reveló la presencia de un resplandor tenue y extenso de fotones gamma con una energía característica de alrededor de 20 Giga electronvoltios, que se extiende formando un halo difuso sobre un área de más de 30 grados en el cielo, teniendo como epicentro el núcleo de la Vía Láctea.
La relevancia capital de este descubrimiento reside en que la morfología espacial, el espectro energético y la intensidad de esta radiación coinciden de manera notable con las predicciones teóricas para la aniquilación de partículas masivas de interacción débil, conocidas por el acrónimo WIMP, que figuran entre los candidatos más firmes para constituir la materia oscura.
de confirmarse su naturaleza, la humanidad habría vislumbrado por primera vez la huella de la sustancia que, pese a no emitir ni absorber luz, gobierna la dinámica de las galaxias a través de su influencia gravitatoria.
Mapa de intensidad de rayos gamma excluyendo componentes distintos del halo, que abarca aproximadamente 100 grados en dirección al centro galáctico. La barra gris horizontal en la región central corresponde al área del plano galáctico, que se excluyó del análisis para evitar la fuerte radiación astrofísica.
Crédito: Tomonori Totani, University of Tokyo
La búsqueda de la materia oscura ha sido una carrera de obstáculos marcada por hipótesis descartadas y señales ambiguas. La estrategia de detectar los fotones de alta energía generados cuando dos partículas de materia oscura colisionan y se aniquilan mutuamente un fenómeno predicho por varios modelos teóricos ha sido una de las vías más prometedoras. Se espera que este proceso sea más frecuente en regiones con una alta densidad de estas partículas, como el corazón de las galaxias, donde se cree que la materia oscura forma un vasto halo esférico o «halo» que envuelve el disco galáctico visible.
Sin embargo, la observación de este tenue destello se ve enmascarada por la abrumadora radiación de fondo procedente de otras fuentes astrofísicas convencionales.
El plano galáctico, poblado por estrellas de neutrones, remanentes de supernova y otros objetos, emite una intensa y compleja niebla de rayos gamma que puede ocultar fácilmente la débil firma de la materia oscura.
La clave del éxito en esta investigación radicó, por tanto, en una estrategia de análisis extremadamente cuidadosa para aislar la señal buscada de todo este ruido de fondo.
El equipo del profesor Totani se concentró en un área de 60 grados centrada en el núcleo de la Vía Láctea, pero excluyendo de su análisis una franja de 20 grados de latitud galáctica correspondiente al disco galáctico para evitar la contaminación de las fuentes astrofísicas conocidas.
Mientras que estudios previos con los primeros años de datos de Fermi no habían logrado resultados concluyentes, este trabajo aprovechó la ingente cantidad de información acumulada durante 15 años de operación continua, lo que permitió una sensibilidad sin precedentes para discriminar componentes sutiles en la emisión gamma.
Un perfil que encaja con la predicción teórica
El resultado de este minucioso escrutinio fue la identificación de un exceso de radiación gamma que se distribuye de forma aproximadamente esférica alrededor del centro galáctico, un patrón que se ajusta a la distribución esperada para el halo de materia oscura.
Pero la evidencia más convincente no procede solo de su geometría, sino de su espectro de energía.
La emisión detectada muestra un pico muy pronunciado alrededor de los 20 GeV, atenuándose rápidamente tanto a energías inferiores como superiores.
Este comportamiento es difícil de explicar con procesos astrofísicos convencionales, que típicamente producen espectros de radiación gamma más amplios y planos.
En cambio, coincide de forma llamativa con el espectro que se generaría si partículas de materia oscura con una masa de alrededor de 500 GeV aproximadamente quinientas veces la masa de un protón, se estuvieran aniquilando para producir, en una cadena de decadencia, pares de quarks y anti quarks fondo o pares de bosones W, partículas ambas incluidas en el Modelo Estándar de física de partículas.
La intensidad de la señal observada permite además estimar la tasa de aniquilación, cuyos valores resultan ser consistentes con los predichos por los modelos teóricos para partículas WIMPcibir
La conjunción de estas pruebas la morfología esferoidal y extendida, el espectro energético con un pico agudo y la tasa de aniquilación coherente– sitúa a esta emisión halo como el candidato más sólido hasta la fecha para ser
De ser validada, su impacto se extendería por dos fronteras del conocimiento: resolvería uno de los misterios centrales de la cosmología y, simultáneamente, supondría el descubrimiento de la primera partícula más allá del Modelo Estándar, abriendo una nueva era para la física fundamental.
No obstante, la comunidad científica advierte de la necesidad de una prudencia extrema.
El profesor Totani y sus colaboradores subrayan que este resultado, aunque extraordinariamente sugerente, debe ser sometido al escrutinio de análisis independientes por parte de otros grupos de investigación. El siguiente paso crucial será buscar una señal análoga en otros entornos ricos en materia oscura pero pobres en fuentes astrofísicas contaminantes, como las galaxias enanas satélites de la Vía Láctea, cuyos halos de materia oscura también deberían producir un exceso de rayos gamma por aniquilación, aunque mucho más débil.
La posible confirmación de este hallazgo no sería el final del camino, sino el umbral de una nueva disciplina: la astronomía de la materia oscura.
Un umbral que, tras casi cien años de búsqueda, la ciencia podría estar a punto de cruzar.
NO SE DEBE SER DÉBIL, SI SE QUIERE SER LIBRE
FUENTES
University of Tokyo
Tomonori Totani, 20 GeV halo-like excess of the Galactic diffuse emission and implications for dark matter annihilation