A veces, no ver algo puede ser tan importante como reconocerlo. Esta idea está en el centro de un nuevo estudio publicado Revista de cosmología y física de astropartículas (JCAP) el estudio sugiere que los científicos no necesitan encontrar señales uniformes en todas partes del universo para comprender la materia oscura.
El estudio se centró en una observación desconcertante. Los astrónomos han detectado radiación gamma adicional en el centro de la Vía Láctea, que puede producirse cuando las partículas de materia oscura chocan y se aniquilan. Sin embargo, no se han encontrado señales similares en otros lugares, como en las galaxias enanas. Esa ausencia no necesariamente descarta la materia oscura como fuente, según el nuevo trabajo.
En cambio, la materia oscura en sí misma puede ser más compleja de lo que se pensaba anteriormente. En lugar de un solo tipo de partícula, puede constar de múltiples componentes que se comportan de manera diferente según su entorno.
El exceso de rayos gamma de la Vía Láctea
Se cree que la materia oscura constituye una gran parte del universo, pero nunca se ha observado directamente. Los científicos infieren su existencia por la forma en que su gravedad afecta a los objetos visibles. A pesar de décadas de investigación, su verdadera naturaleza sigue siendo desconocida.
Muchas teorías destacadas describen la materia oscura como compuesta de partículas. En algunos modelos, cuando estas dos partículas se encuentran, se aniquilan y producen radiación de alta energía como los rayos gamma. La detección de esta radiación es una técnica clave que utilizan los científicos para buscar materia oscura.
“En este momento parece haber una gran cantidad de fotones provenientes de una región esférica alrededor del disco de la Vía Láctea”, explicó Gordon Kronczyk, físico teórico del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi (Fermilab) en Estados Unidos y uno de los autores del estudio. Las observaciones del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi revelaron este brillo inusual, que puede estar asociado con la materia oscura. Aún así, son posibles otras explicaciones, incluidos los rayos gamma producidos por fuentes astrofísicas como los púlsares.
Para comprender mejor el origen de esta señal, los científicos miran más allá de nuestra galaxia. “Si alguna teoría sobre la materia oscura es cierta, entonces deberíamos verla en todas las galaxias, por ejemplo en todas las galaxias enanas”, explica Kronjic.
Por qué son importantes las galaxias enanas
Las galaxias enanas son sistemas pequeños y débiles que contienen grandes cantidades de materia oscura. Debido a que tienen relativamente pocas estrellas y una baja radiación de fondo, proporcionan un entorno claro para buscar señales de materia oscura.
Los modelos estándar de materia oscura basados en partículas suelen describir dos posibilidades principales de cómo se produce la desintegración. En el escenario más simple, la probabilidad de destrucción es constante y no depende de la velocidad a la que se mueven las partículas. Si esto es cierto, entonces una señal vista en la Vía Láctea también debería estar presente en otros sistemas ricos en materia oscura, incluidas las galaxias enanas.
En otras situaciones, la tasa de desintegración depende de la velocidad de la partícula. Debido a que las partículas de materia oscura se mueven lentamente dentro de las galaxias, tales interacciones harían que la extinción fuera extremadamente rara, dejando poca o ninguna señal detectable en ninguna parte.
Bajo este marco convencional, la falta de emisión de rayos gamma de las galaxias enanas hace difícil sobreinterpretar la emisión de rayos gamma de la Vía Láctea como evidencia de materia oscura.
Un modelo de materia oscura de dos componentes
Krnjaic y sus colegas han propuesto una explicación diferente que puede resolver esta tensión. Su modelo sugiere que la materia oscura puede contener dos tipos distintos de partículas en lugar de uno.
“Lo que intentamos señalar en este artículo es que se puede tener un tipo diferente de dependencia ambiental, incluso si la probabilidad de destrucción es constante en el centro de la galaxia”, explica Kranjic. “La materia oscura puede ser directamente dos partículas diferentes, y las dos partículas diferentes tienen que encontrarse entre sí para aniquilarse”.
En esta imagen, la probabilidad de aniquilación depende no sólo de la frecuencia con la que interactúan las partículas, sino también del equilibrio entre los dos tipos de materia oscura en un sistema determinado. Ese equilibrio puede variar de una galaxia a otra. En una galaxia como la Vía Láctea, los dos tipos de partículas pueden existir en cantidades iguales, lo que hace que las interacciones sean más probables. En las galaxias enanas, un tipo puede dominar, lo que reduce la probabilidad de colisiones y limita la señal detectable.
“Por lo tanto, se obtienen predicciones de emisiones muy diferentes”, explica Kronjic.
Lo que futuras observaciones podrían revelar
Este modelo de dos componentes ofrece una forma más flexible de explicar las presentes observaciones. Esto permite a los científicos explicar por qué la Vía Láctea muestra una señal de rayos gamma mientras que las galaxias enanas no, sin descartar la posibilidad de que la materia oscura sea la responsable.
Las observaciones futuras serán importantes para probar esta hipótesis. El Telescopio Fermi de rayos gamma puede proporcionar información más detallada sobre las galaxias enanas, donde las mediciones aún son limitadas. La detección de rayos gamma en estos sistemas puede indicar una mezcla similar de componentes de materia oscura. Por otro lado, la falta continua de detección puede sugerir que un elemento es menos común en ese entorno.
Sin embargo, la explicación no es sencilla. Otros factores astrofísicos pueden afectar lo que se observa, lo que significa que los científicos deben comparar este modelo con una gama más amplia de datos.
El artículo “dSph-obic Dark Matter” de Asher Berlin, Joshua Foster, Dan Hooper y Gordon Kronczyk ya está disponible JCAP.
