Los científicos han encontrado probablemente un nuevo tipo de materia oscura — y se esconde en el mismo centro de la Vía Láctea. En comparación con otros candidatos, este fenómeno no solo es más ligero, sino que también tiene la capacidad de autodestruirse.
Milagros en el centro de una galaxia cercana
Cuando dos partículas de este nuevo tipo potencial de materia oscura se encuentran, se destruyen mutuamente y crean un electrón cargado negativamente y su equivalente cargado positivamente, un positrón — este proceso, conocido como ionización, proporciona la energía necesaria para arrancar electrones de átomos neutros en el denso gas del centro de la Vía Láctea. De hecho, esta puede ser una explicación perfectamente buena de por qué hay tanto gas ionizado en el corazón de nuestra galaxia (un lugar conocido como la Zona Molecular Central o ZMC).
«Proponemos que la materia oscura más ligera que un protón podría ser la responsable del inusual efecto observado en el centro de la Vía Láctea. A diferencia de la mayoría de los candidatos, que suelen estudiarse por sus efectos gravitatorios, este tipo de materia oscura podría manifestarse a través de un gas ionizante, esencialmente despojando de electrones a los átomos de la ZMC»», explica Shyam Balaji, jefe del equipo e investigador del King’s College de Londres.
La materia oscura — es un componente hipotético del Universo que, si se excluye la energía oscura, representa el 80% de su composición total. A pesar de esta omnipresencia, los científicos no pueden ver la materia oscura, sino que detectan su presencia únicamente a través de su influencia gravitatoria sobre la materia visible y la radiación relicta.
Actualmente, los principales candidatos a materia oscura son los axiones y las partículas similares al axión, pero Balaji y sus colegas los han descartado como culpables del fenómeno que se produce en el centro de la Vía Láctea.
«La mayoría de los modelos de axión no predicen una aniquilación
Aniquilación — interacción de partículas elementales y antipartículas que da lugar a su transformación en otras formas de materia, por ejemplo, la transformación de un electrón y un positrón en un par de fotones. significativa en pares electrón-positrón, como hace nuestra materia oscura propuesta», afirma Balaji. «Tiene una masa de mil millones de electrones y se autoaniquila en electrones y positrones, lo que la diferencia de las demás. Esta especie tiene un impacto directo en el medio interestelar, produciendo señales en forma de ionización adicional, lo que normalmente no se espera de los» axiones.
Materia oscura — el principal candidato
En la alta densidad de la ZMC, los positrones no pueden viajar lejos sin interactuar antes con las moléculas de hidrógeno vecinas y capturar sus electrones, por lo que el proceso es especialmente eficaz en esta región.
«El mayor problema que este modelo ayuda a resolver es el exceso de ionización en la ZMC», afirma Balaji. «Los rayos cósmicos, los culpables habituales de la ionización del gas, no parecen ser lo suficientemente fuertes como para explicar los altos niveles de ionización que observamos».
Los rayos cósmicos — son partículas elementales de alta energía que viajan a velocidades cercanas a la de la luz. Pero las señales de ionización de CMZ, según el equipo, apuntan a una fuente de movimiento más lento y más ligera que muchos otros candidatos a materia oscura. Además, si los rayos cósmicos fueran el gas ionizante de la ZMC, debería haber una emisión de rayos gamma asociada, pero los investigadores de la región no la han observado hasta ahora.
Además, el modelo de aniquilación de materia oscura también podría explicar la emisión de luz característica de la ZMC, que resulta de positrones cargados positivamente y electrones cargados negativamente que colisionan y se combinan en un estado llamado positronio, que luego decae rápidamente en rayos X, luz con una energía ligeramente inferior a la de los rayos gamma.
«Las cifras concuerdan mucho mejor de lo que esperábamos. A menudo, las explicaciones de la materia oscura tropiezan con problemas porque predicen señales que ya deberían haber sido detectadas por telescopios», — añade Balaji. «Pero en este caso, la tasa de ionización producida por esta materia oscura encaja perfectamente con las restricciones conocidas y no contradice las observaciones de los rayos gamma y el fondo cósmico de microondas».
Otra teoría
Obviamente, el nuevo candidato a materia oscura se encuentra en los albores de su vida teórica y ni siquiera tiene aún un nombre oficial. La explicación del axión, en cambio, existe desde 1978, cuando fue propuesta por primera vez por los físicos teóricos Frank Wilczek y Steven Weinberg.
«Necesitamos mediciones más precisas de la ionización en la ZMC; si podemos cartografiar la ionización con mayor exactitud, podremos ver si coincide con la distribución esperada de la materia oscura», concluye Balaji. «Si descartamos otras posibles fuentes de ionización, la hipótesis de la materia oscura se vuelve más» convincente.
El próximo telescopio espacial COSI (Compton Spectrometer and Imager) de la NASA podría ayudar en la búsqueda de más pruebas de la conexión entre la aniquilación de la materia oscura y las emisiones extrañas de la CMZ — su lanzamiento estaba previsto para 2027, pero debido a la reestructuración de la agencia con la llegada del nuevo gobierno estadounidense, estos planes aún podrían cambiar.
El estudio se ha publicado en la revista Physical Review Letters (vía Space.com).
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