Lo invisible se vuelve visible: es posible que los científicos finalmente hayan visto la materia oscura

Al universo no le faltan misterios, muchos de los cuales nos han desconcertado durante siglos. Uno de los más importantes es la existencia de algo llamado materia oscura. Teorizada por primera vez en 1933 por Fritz Zwicky, la materia oscura es un tipo teórico de materia que no se puede ver porque no interactúa con la luz ni con ninguna otra forma de radiación electromagnética.

Después de casi 100 años, y con la ayuda del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA, es posible que los investigadores finalmente hayan “visto” la materia oscura por primera vez.

Si esto resulta ser cierto, será un avance significativo para la ciencia. La capacidad de la materia oscura para ocultarse a simple vista es legendaria. No puede ser visto por ninguna herramienta que los humanos hayan creado porque la materia oscura no puede emitir, absorber o reflejar luz de ningún tipo, que es como los humanos y todas nuestras herramientas ven las cosas. Eso hace que la materia oscura sea increíblemente difícil de encontrar.

Tomonori Totani, profesor de astronomía en la Universidad de Tokio, cree que puede haber tenido éxito donde muchos antes que él fracasaron. En un estudio Publicado el 25 de noviembre en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Totani dice que pudo haber encontrado materia oscura al observar el subproducto de dos partículas de materia oscura que chocan entre sí.

No se pierda ninguno de nuestro contenido tecnológico imparcial y reseñas de laboratorio. Añadir CNET como fuente preferida de Google.

La clave de este descubrimiento es la existencia teórica de algo llamado partículas masivas que interactúan débilmente, o WIMP para abreviar. Los WIMP son trozos de materia oscura que son más grandes que los protones y no interactúan con ningún otro tipo de partículas. Cuando dos WIMP chocan entre sí, la teoría científica sugiere que se aniquilan entre sí y la reacción resultante produce rayos gamma.

Totani utilizó datos del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA para encontrar lo que él cree que son las emisiones de rayos gamma de estos eventos de aniquilación, que, de ser exactos, probarían que existe la materia oscura, o al menos pondrían a los científicos en el camino correcto para confirmar su existencia.

¿Por qué es tan difícil encontrar materia oscura?

La NASA describe La materia oscura es “el pegamento invisible que mantiene unido al universo”. La materia oscura está en todas partes. Las teorías sugieren que sólo el 5% de la materia es materia ordinaria que tú y yo podemos ver, mientras que la materia oscura constituye el 27% del pastel. El resto es energía oscura, que es otro misterio mas que la ciencia aún tiene que resolver.

Si hay más de cinco veces más materia oscura que materia normal, ¿por qué es tan difícil de ver? La respuesta corta es que la materia oscura no interactúa con la materia de una manera que los humanos puedan detectar con nuestra tecnología actual.

Esto no es del todo antinatural. La ciencia también tiene dificultades para detectar agujeros negros. La luz no puede escapar de un agujero negro, por lo que es imposible observarlo directamente. En cambio, los científicos han desarrollado varios métodos para detectar la presencia de un agujero negro en función de su impacto en el entorno circundante.

Cygnus X-1, el primer agujero negro jamás detectado, fue encontrado gracias a algo llamado disco de acreción. Los discos de acreción son nubes arremolinadas de gas, polvo, plasma y otras partículas que se forman alrededor de los agujeros negros y tienden a emitir grandes cantidades de radiación de rayos X. Los investigadores encontraron esos intensos rayos X y concluyeron que procedían de un agujero negro. En el primera foto de un agujero negro Tomada en 2019, la parte visible es el disco de acreción del agujero negro, no el agujero negro en sí.

El filósofo y clérigo inglés John Michell teorizó por primera vez sobre la existencia de los agujeros negros en 1783. Eso significa que a la humanidad le tomó 236 años tomar una fotografía de un agujero negro, e incluso entonces, no podemos ver el agujero negro en la imagen. Simplemente sabemos que está ahí porque podemos ver su disco de acreción.

La materia oscura es mucho más difícil de detectar. No interactúa en absoluto con el espectro electromagnético, incluida la luz visible. Al igual que los agujeros negros, la ciencia ha utilizado su impacto en su entorno para intentar demostrar su existencia.

Este fenómeno comenzó en 1933, cuando el astrónomo Fritz Zwicky observó que las galaxias del Cúmulo de Coma se movían demasiado rápido para la cantidad de materia ordinaria que contenía. Zwicky concluyó que debía haber un segundo tipo de materia invisible que agregaba más fuerza gravitacional, actuando como una especie de pegamento que mantenía unido el cúmulo.

Esta teoría se ha ido perfeccionando con el tiempo y han ido surgiendo pruebas adicionales. un ejemplo es lente gravitacionalque es una curvatura de la luz causada por la gravedad. El Bullet Cluster es el mejor ejemplo de que esto puede ser causado por la materia oscura, pero aún no se ha demostrado definitivamente.

El autor del estudio explica lo que encontró

A lo largo de las décadas, los científicos han propuesto varias candidatos potenciales qué son realmente las partículas de materia oscura. Una de esas teorías es la WIMP. Estas partículas teóricas son mucho más grandes que los fotones y tienen una característica distintiva. Cuando chocan, la ciencia predice que se destruirán entre sí, lo que dará como resultado una explosión de rayos gamma.

La NASA tiene un breve vídeo aquí eso muestra cómo funcionaría esto en teoría. Estas emisiones de rayos gamma son lo que Totani cree haber encontrado.

“Detectamos rayos gamma con una energía fotónica de 20 gigaelectronvoltios (o 20 mil millones de electronvoltios, una enorme cantidad de energía, que se extienden en una estructura similar a un halo hacia el centro de la Vía Láctea”, Totani dijo a Phys.org. “El componente de emisión de rayos gamma se asemeja mucho a la forma esperada del halo de materia oscura”.

Hay un poco que desempacar aquí, así que le pedí a Totani más información. Me dijo que las estrellas de nuestra galaxia están “distribuidas en un disco, mientras que se cree que el halo de materia oscura las rodea de forma esférica”. La radiación generada por la teórica materia oscura llegaría al disco desde su ubicación esférica, dando a Totani una idea de qué buscar y dónde buscar en general.

Una vez que miró allí, pudo encontrar radiación que, según él, es “consistente con las predicciones de materia oscura”.

Para decirlo de otra manera, los rayos gamma estaban donde se suponía que debían estar, en el nivel de energía fotónica que la ciencia predijo que tendrían, y las emisiones tenían la forma esperada para la materia oscura.

Cambiando la ciencia para siempre

Totani encontró rayos gamma donde se suponía que debían estar y con la intensidad prevista, por lo que debe ser materia oscura, ¿verdad?

No exactamente.

Si bien estos hallazgos son prometedores, no prueban necesariamente la existencia de materia oscura. El primer paso será que investigadores independientes verifiquen las conclusiones de Totani.

Totani es consciente de esto y quiere que investigadores independientes examinen los datos en un intento de replicar sus hallazgos. Esto incluye medir las emisiones de rayos gamma de otras fuentes, como las galaxias enanas, en el universo para ver si algo más puede explicar sus hallazgos.

Actualmente, sus hallazgos no pueden explicarse fácilmente por ninguna fuente conocida de emisiones de rayos gamma, pero eso no significa que no exista ninguna. Será necesario probar los datos una y otra vez, y los investigadores necesitarán aportar más información para verificar que sus hallazgos estén realmente relacionados con la materia oscura.

La ciencia se tomará su tiempo con esto, porque si Totani realmente encontrara materia oscura, las ramificaciones serían enormes. Señala que el descubrimiento de una nueva partícula elemental no incluida en el actual modelo estándar de física de partículas tendrá un impacto significativo en la teoría de la física fundamental. Y el descubrimiento de la materia oscura ayudaría a reconstruir otros misterios cosmológicos, como el naturaleza de la energía oscurala fuerza invisible que hace que el universo se expanda a un ritmo acelerado.

“Si es correcta, se ha revelado la verdadera naturaleza de la materia oscura, durante mucho tiempo el mayor misterio de la cosmología”, dijo Totani.