Es posible que hayamos detectado materia oscura por accidente allá por 2019.
Este descubrimiento, que podría hacer historia, podría estar oculto en los datos existentes sobre ondas gravitacionales: ondulaciones en el propio tejido del espacio-tiempo.
Físicos de Estados Unidos, Reino Unido y Europa proponen que si dos agujeros negros colisionaran estando envueltos en una nube de materia oscura, las ondas gravitacionales que enviarían a través del cosmos podrían llevar la huella de ese entorno. Al aplicar su modelo a docenas de detecciones de ondas gravitacionales, encontraron un evento que potencialmente encaja con la descripción. Aún no hay confirmación oficial, pero el equipo afirma que podría dar lugar a una nueva forma de investigar tanto las ondas gravitacionales como la materia oscura.
“Utilizar agujeros negros para buscar materia oscura sería fantástico”, afirma Rodrigo Vicente, físico de la Universidad de Ámsterdam.
“Podríamos estudiar la materia oscura a escalas mucho menores que antes”.
En 1916, Einstein publicó su teoría general de la relatividad, que describe la gravedad como un producto asociado a la curvatura del espacio-tiempo. Sus predicciones fueron confirmadas posteriormente, una a una, mediante observaciones, pero una pequeña incógnita persistió durante casi un siglo.
Einstein predijo que los movimientos de objetos de gran masa, por ejemplo, los producidos por la fusión de agujeros negros o estrellas de neutrones, podrían enviar ondas a través del espacio-tiempo a la velocidad de la luz. Estas ondas gravitacionales no se detectaron directamente hasta 2015, y desde entonces se han registrado cientos de eventos en la década transcurrida.
Cada una de ellas contiene información sobre el evento en sí, incluyendo la cantidad de objetos involucrados y, por extensión, sus identidades. Por lo general, se trata de fusiones entre agujeros negros de distintos tamaños, colisiones entre pares de estrellas de neutrones o agujeros negros que engullen restos estelares. Otros pueden sugerir objetos más exóticos, como agujeros de gusano que conectan con universos paralelos. Los investigadores responsables del nuevo estudio se preguntaron si podría haber otra información oculta en las señales de las ondas gravitacionales.
En concreto, ¿podrían ayudarnos a resolver otro misterio de larga data: el de la materia oscura, esa extraña sustancia que, según las predicciones, impregna el Universo e interactúa con la materia ordinaria únicamente a través de su influencia gravitacional?
Un modelo describe la materia oscura como compuesta de partículas ultraligeras. Estas partículas podrían formar un campo y comportarse colectivamente como una onda en entornos extremos, por ejemplo, cerca de la intensa gravedad de los agujeros negros.
Ya se sabe que los agujeros negros en rotación arrastran el espacio-tiempo mismo, por lo que no es descabellado sugerir que esta energía rotacional también podría afectar a las nubes de materia oscura que lo rodean. A su vez, estas nubes deberían cambiar la dinámica de los agujeros negros binarios a medida que chocan entre sí, y esto debería imprimir características específicas en las ondas gravitacionales que emiten, según afirman los investigadores. El equipo simuló el efecto que este fenómeno tendría en las señales de ondas gravitacionales cuando llegaran a nuestros detectores terrestres, y las comparó con fusiones que ocurren en un entorno sin una gran nube de materia oscura suspendida sobre él.
Finalmente, aplicaron su modelo a 28 detecciones realizadas por la red LVK de observatorios de ondas gravitacionales: LIGO en Estados Unidos, Virgo en Italia y KAGRA en Japón. De estas, 27 señales mostraron patrones que indicaban que se habían originado en el vacío.
Pero un evento, detectado en julio de 2019 y denominado GW190728, mostró un patrón consistente con la fusión de un par de agujeros negros dentro de una densa nube de materia oscura. Sin duda, es un resultado interesante, pero los investigadores advierten que no conviene sacar conclusiones definitivas todavía.
“La significación estadística de este hallazgo no es lo suficientemente alta como para afirmar la detección de materia oscura, y grupos independientes deberían realizar comprobaciones adicionales”, afirma el físico Josu Aurrekoetxea del MIT.
“Lo que consideramos importante destacar es que, sin modelos de forma de onda como el nuestro, podríamos estar detectando fusiones de agujeros negros en entornos de materia oscura, pero clasificándolas sistemáticamente como si hubieran ocurrido en el vacío”.
Por supuesto, aún no sabemos qué forma adopta la materia oscura; puede que ni siquiera forme nubes como estas. Tal vez la materia oscura sea débil o poderosa; puede que interactúe consigo misma o sea inerte; puede que interactúe con el electromagnetismo; incluso puede que sean agujeros negros primordiales y diminutos.
O también existe la posibilidad de que no exista en absoluto, y que nuestros modelos de gravedad necesiten ser modificados. Se necesitará mucho más trabajo para esclarecer la materia oscura.
La nueva investigación se publicó en la revista Physical Review Letters.
Fuente: Science Alert.