Astrofísicos ponen «límites» a la materia oscura
Científicos japoneses han utilizado una innovadora tecnología infrarroja para estudiar la materia oscura, y poner unos límites más precisos a su vida útil. Este avance podría acercarnos a resolver uno de los mayores misterios del universo.
Por Enrique Coperías
La materia oscura es una forma de materia invisible que no emite, absorbe ni refleja luz, lo que la hace indetectable directamente con los telescopios. Sin embargo, su existencia se infiere por sus efectos gravitacionales en galaxias y cúmulos de galaxias, ya que la cantidad de materia visible no es suficiente para explicar sus movimientos. Imagen: Grok
Un equipo de astrofísicos dirigido por un miembro de la Universidad Metropolitana de Tokio, en Japón, ha logrado cosechar avances importantes en la búsqueda de materia oscura mediante la observación de galaxias con la ayuda de una nueva tecnología espectrográfica y del telescopio óptico Magallanes de Clay, en el Observatorio Las Campanas de Chile.
Con solo cuatro horas de observación, las mediciones precisas en el rango infrarrojo han establecido nuevos límites sobre la vida útil de la materia oscura, o sea, el tiempo que una partícula de materia oscura puede existir antes de descomponerse en otras partículas o cambiar de estado.
Si la materia oscura es completamente estable, su vida útil, dicen los cosmólogos, sería infinita, pero algunos modelos sugieren que podría desintegrarse lentamente con el tiempo. Establecer límites sobre su vida útil ayuda a entender mejor su naturaleza y su impacto en la evolución del cosmos.
Los hallazgos, publicados en la revista Physical Review Letters, destacan la importancia crucial de la tecnología empleada y amplían la búsqueda a regiones menos exploradas del espectro electromagnético.
Una masa desaparecida
En el último siglo, los cosmólogos se han enfrentado a una aparente incoherencia en lo que observaban en el universo. Los estudios sobre la rotación de las galaxias sugieren que hay mucha más masa de la que podemos ver. Los físicos han denominado a esta masa desaparecida materia oscura.
Hay que recordar que la materia oscura es una forma de materia invisible que no emite, ni absorbe ni refleja luz, lo que la hace indetectable directamente con los telescopios. Sin embargo, su existencia se infiere por sus efectos gravitacionales en galaxias y cúmulos de galaxias, ya que la cantidad de materia visible no es suficiente para explicar sus movimientos.
Aunque se desconoce su composición exacta, se cree que está formada por partículas aún no detectadas, como los axiones o WIMP (partículas masivas débilmente interactuantes), y constituye aproximadamente el 27% del universo.
Pero ¿qué diablos estamos buscando?
Lo que hace que su búsqueda sea extremadamente difícil es el hecho de que no solo no podemos verla, sino que tampoco tenemos una idea clara de qué estamos buscando.
Ahora, los investigadores han comenzado a emplear una combinación de modelos teóricos y observaciones de última generación para delimitar las posibles propiedades de la materia oscura.
En este sentido, un equipo de científicos en Japón, liderado por el profesor Wen Yin, de la Universidad Metropolitana de Tokio, ha utilizado una innovadora técnica espectrográfica para analizar la luz proveniente de dos galaxias enanas satélites de la Vía Láctea, en concreto, de Leo V y Tucana II. Estas se hallan a 180.000 años luz y 163.000 añoz luz, respectivamente.
Pros y contras del infrarrojo
Usaron el citado telescopio Magallanes de Clay para recolectar la luz que llega a la Tierra, y prestaron una especial atención a la región infrarroja del espectro electromagnético.
Yin y su equipo se centraron en una prometedora candidata a materia oscura, la partícula similar al axión (ALP), y estudió cómo decae y emite luz de forma espontánea. Según los modelos teóricos avanzados, el infrarrojo cercano es un rango especialmente sugerente para detectar estas señales.
Sin embargo, el infrarrojo es una región abarrotada y compleja del espectro electromagnético, debido a numerosas fuentes de ruido e interferencias.Es el caso, por ejemplo, de la luz zodiacal, producida por la dispersión de la radiación solar en el polvo interestelar, y la luz emitida por la atmósfera terrestre cuando el Sol la calienta.
Tecnología espectrográfica para separar la luz de la materia oscura en descomposición de la luz de fondo. WINERED aprovecha las propiedades espectrales más amplias de la luz de fondo para diferenciarla de la luz emitida por eventos de desintegración. Crédito: Wen Yin, Tokyo Metropolitan University
Sin señales de desintegración de ALP
Para minimizar estas interferencias, algunos científicos han propuesto utilizar una innovadora técnica basada en el hecho de que la radiación de fondo suele abarcar un amplio rango de longitudes de onda, mientras que la luz de un proceso de desintegración específica se concentra en una gama más estrecha.
Al igual que la luz que pasa por un prisma y se dispersa en diferentes colores, los eventos de desintegración de materia oscura en un rango reducido se vuelven más nítidos. Varios espectrógrafos infrarrojos de última generación, como el NIRSpec del telescopio espacial James Webb, el WINERED del telescopio Magallanes de Clay y otros instrumentos avanzados, pueden aplicar esta técnica, lo que los convierte en potentes detectores de materia oscura.
Gracias a la alta precisión de la tecnología del equipo WINERED, Yin y sus colegas lograron explicar toda la luz detectada en el infrarrojo cercano con una precisión estadística significativa.
Un 10 seguido de 25 o 26 ceros
La ausencia de señales de desintegración de la partícula similar al axión permitió establecer límites superiores a la frecuencia de estos eventos, y fijar un nuevo límite inferior para la vida útil de estas partículas exóticas. Este valor es de un 10 seguido de 25 o 26 ceros, es decir, entre diez y cien millones de veces la edad del universo. Esta se estima en aproximadamente 13.800 millones de años.
Este descubrimiento es significativo no solo porque establece el límite más estricto hasta ahora sobre la vida útil de la materia oscura, sino porque demuestra el enorme potencial de la cosmología infrarroja para resolver problemas en la física de partículas.
Aunque las conclusiones actuales se basan en un análisis riguroso de los datos, hay indicios de anomalías o excesos que sugieren la posibilidad de una detección real de materia oscura con más observaciones y análisis adicionales. La búsqueda continúa para encontrar la pieza que falta en el puzle del universo. ▪️
Información facilitada por la Universidad Metropolitana de Tokio
Fuente: Wen Yin, Taiki Bessho, Yuji Ikeda, Hitomi Kobayashi, Daisuke Taniguchi, Hiroaki Sameshima, Noriyuki Matsunaga7, Shogo Otsubo4, Yuki Sarugaku et al. First Result for Dark Matter Search by WINERED. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.051004
