A principios de la década de 1930, el astrónomo suizo Fritz Zwicki observó que muchas galaxias se movían mucho más rápido de lo que permitía su masa aparente. Este movimiento inusual lo llevó a proponer que algún tipo de estructura invisible (la materia oscura) está proporcionando la atracción gravitacional adicional necesaria para mantener intactas esas galaxias. Casi un siglo después, el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA puede contener la primera evidencia directa de esta misteriosa sustancia, ofreciendo finalmente la posibilidad de “ver” la materia oscura.
La materia oscura sigue siendo una de las mayores incógnitas de la astronomía desde que se propuso por primera vez. Hasta ahora, los científicos sólo han podido estudiar indirectamente cómo afecta a la materia ordinaria, por ejemplo, cuando crea suficiente gravedad para mantener unidas a las galaxias. La detección directa no fue posible porque las partículas de materia oscura no interactúan con la fuerza electromagnética, es decir, no absorben, reflejan ni emiten luz.
La hipótesis WIMP y los rayos gamma predichos
Muchos investigadores creen que la materia oscura está formada por partículas masivas que interactúan débilmente, o WIMP. Se cree que estas partículas son más pesadas que los protones e interactúan tan débilmente con la materia normal que son extremadamente difíciles de detectar. Sin embargo, la teoría sugiere que cuando dos WIMP chocan, se aniquilan entre sí y liberan partículas energéticas, incluidos fotones de rayos gamma.
Los científicos han pasado años buscando estos rayos gamma específicos, examinando particularmente regiones en el centro de la Vía Láctea donde debería concentrarse la materia oscura. Utilizando nuevos datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi, el profesor Tomonori Totani de la Universidad de Tokio ahora cree haber detectado la señal de rayos gamma prevista asociada con la destrucción de partículas de materia oscura.
Como se encontró en la búsqueda de Totani. Revista de cosmología y física de astropartículas.
Un halo de rayos gamma de 20 GeV cerca del centro de la Vía Láctea
“Detectamos rayos gamma con energías fotónicas de 20 gigaelectronvoltios (o 20 mil millones de electronvoltios, una energía muy grande) que se extienden hacia el centro de la Vía Láctea en una estructura similar a un halo. El componente de emisión de rayos gamma se acerca mucho al tamaño esperado de un halo de materia oscura”, dijo Totani.
El espectro de potencia de rayos gamma medido, que describe cómo varía la intensidad de la emisión, coincide estrechamente con las predicciones del modelo para la desintegración de un WIMP hipotético con una masa aproximadamente 500 veces mayor que la de un protón. La frecuencia estimada de estos eventos destructivos basada en las intensidades de rayos gamma observadas también se ajusta al rango teórico esperado.
Evaluación del potencial para un gran avance
Totani explica que el patrón de rayos gamma no puede compararse fácilmente con otras fuentes conocidas o procesos astronómicos más generales. Por esta razón, considera que los datos son un fuerte candidato para la tan buscada emisión de rayos gamma de la materia oscura.
“Si esto es correcto, hasta donde yo sé, será la primera vez que la humanidad ‘ve’ materia oscura. Y resulta que la materia oscura es una nueva partícula que no está incluida en el modelo estándar actual de física de partículas. Esto señala un importante desarrollo en astronomía y física”, dijo Totani.
Próximos pasos y verificación independiente
Aunque Totani confía en su análisis, subraya que la confirmación independiente es esencial. Otros investigadores necesitarán revisar los datos para verificar que la radiación tipo halo es el resultado de la desintegración de la materia oscura y no de otra fuente astrofísica.
Se podría obtener más ayuda encontrando firmas de rayos gamma similares en otras regiones ricas en materia oscura. Las galaxias enanas que orbitan dentro del halo de la Vía Láctea se consideran particularmente prometedoras. “Esto se puede lograr después de que se recopilen más datos y, de ser así, proporcionaría pruebas más sólidas de que los rayos gamma se originan a partir de la materia oscura”, dijo Totani.
Financiamiento: Este trabajo fue apoyado por la subvención JSPS/MEXT KAKENHI número 18K03692.
