Un nuevo análisis de 15 años de datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi revela un brillo de rayos gamma de energía inusualmente alta que no puede atribuirse fácilmente a ninguna fuente conocida. Según el astrónomo Tomonori Totani de la Universidad de Tokio en Japón, podría tratarse de la radiación que se produce cuando hipotéticas partículas de materia oscura chocan y se destruyen entre sí. No es la primera vez que los astrónomos buscan un brillo así, pero sí es la primera vez que se encuentra uno que alcanza este nivel de energía específico en el halo galáctico, la gran burbuja de gas y radiación que rodea la Vía Láctea.
“Detectamos rayos gamma con una energía fotónica de 20 gigaelectronvoltios (o 20 mil millones de electronvoltios, una cantidad de energía extremadamente grande) que se extendían en una estructura similar a un halo hacia el centro de la galaxia, la Vía Láctea”, explica Totani.
“El componente de emisión de rayos gamma coincide estrechamente con la forma esperada del halo de materia oscura”.
La materia oscura es uno de los misterios persistentes del universo. Se manifiesta como un exceso de gravedad que no puede atribuirse a la suma de la materia visible. Los científicos calculan que la materia normal representa sólo alrededor del 16% de la distribución de materia del Universo, y el 84% restante consiste en materia oscura cuya identidad se desconoce.
Uno de los principales candidatos a materia oscura es una clase hipotética de partículas llamadas partículas masivas de interacción débil, o WIMP. La teoría actual sugiere que, cuando las WIMP y sus antipartículas colisionan, se aniquilan mutuamente, un proceso que produce una lluvia de partículas diferentes, incluyendo fotones de rayos gamma que podríamos ver.
Esto nos lleva de vuelta a nuestra nueva pista. Si podemos detectar un resplandor de rayos gamma sin una fuente claramente identificable, es posible que dicho resplandor se generara por la aniquilación de materia oscura. Los científicos han realizado investigaciones en este sentido, pero hasta ahora los resultados no son concluyentes.
Una región de particular interés es el centro galáctico, donde se cree que la densidad de materia oscura es particularmente alta, por lo que la señal de su presencia debería ser, en consecuencia, intensa. De hecho, se han encontrado indicios de un exceso de rayos gamma allí.
El halo galáctico, en cambio, es una región relativamente poco explorada en la búsqueda de una señal de aniquilación de materia oscura. Cualquier señal de este tipo sería mucho más débil que una señal del centro galáctico, lo que dificultaría considerablemente su detección inicial. Sin embargo, el halo no está repleto de fuentes de rayos gamma como los púlsares de milisegundos que se cree que están dispersos por todo el centro galáctico, lo que hace que cualquier señal potencial sea más limpia.
Para superar el problema de la debilidad, Totani necesitaba varias soluciones. La primera fue un conjunto de datos extraordinario: 15 años de observaciones recopiladas por el Telescopio de Área Grande Fermi.
Debido a la tenue intensidad del halo, los rayos gamma son relativamente escasos. Se requeriría una cantidad significativa de sus fotones para realizar el análisis estadístico capaz de revelar un exceso de señal. Además, un conjunto de datos más amplio podría aumentar la relación señal-ruido, aumentando así la fiabilidad de los datos.
Totani comparó estos datos con las fuentes conocidas de emisión de rayos gamma en el halo galáctico, como las burbujas de Fermi y las fuentes puntuales. La emisión de rayos gamma restante tras considerar todas estas fuentes conocidas se compiló en un mapa.
El mapa resultante mostró una gran región esférica, similar a un halo, de débil emisión de rayos gamma con un pico de 20 gigaelectronvoltios, dentro del rango previsto para la aniquilación de WIMP. Esto no es una prueba irrefutable, pero es lo suficientemente tentador como para justificar una mayor investigación.
“Si esto es correcto, hasta donde sé, sería la primera vez que la humanidad ‘ve’ materia oscura”, afirma Totani. “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 astronomía y física”.
Bueno, quizás. Se necesita mucho más trabajo para verificar el hallazgo, incluyendo análisis independientes de los datos para intentar replicarlo, investigaciones para determinar si otros procesos astrofísicos podrían producir el mismo brillo y búsquedas de halos similares en otros entornos, como galaxias enanas. Todo esto llevará tiempo, probablemente años. Aun así, un exceso de rayos gamma con las energías y la forma predichas para la aniquilación de la materia oscura es un interesante paso adelante hacia una respuesta a la pregunta sobre la materia oscura planteada por primera vez por el astrónomo suizo Fritz Zwicky hace casi un siglo.
La investigación ha sido publicada en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Fuente: Science Alert.
