Un nuevo tipo de materia oscura podría explicar fenómenos inexplicables en el centro de nuestra galaxia
Astrónomos han descubierto que un tipo inédito de materia oscura podría ser responsable de sucesos misteriosos en el centro de la Vía Láctea. Este hallazgo abre nuevas posibilidades para entender la naturaleza de la materia que domina el universo.
Por Enrique Coperías
Un estudio sugiere que la materia oscura sub-GeV, más ligera que las WIMP, podría explicar la anomalía en las tasas de ionización de la zona molecular central (CMZ) de nuestra galaxia. Imagen conceptual generada con Grok
Un fenómeno enigmático en el centro de nuestra galaxia podría ser la manifestación de un tipo diferente de materia oscura.
La materia oscura, una forma desconocida de materia que no puede observarse directamente pero que se cree constituye el 85% de la masa del universo conocido, es uno de los mayores enigmas de la ciencia.
En este estudio, el primero de su tipo, los astrónomos han dado un paso significativo hacia la comprensión de esta elusiva materia. Sostienen que un candidato reimaginado para la materia oscura podría ser el responsable de unas reacciones químicas inexplicables que ocurren en la Vía Láctea.
«En el centro de nuestra galaxia existen enormes nubes de hidrógeno cargadas positivamente, un misterio que ha desconcertado a los científicos durante décadas, ya que normalmente el gas es neutro —dice Shyam Balaji, investigador postdoctoral en el King's College de Londres (Reino Unido) y uno de los autores principales del estudio. Y se pregunta—: Entonces, ¿qué es lo que proporciona la energía suficiente para expulsar de ellas los electrones cargados negativamente?»
Una materia oscura más ligera
«Las señales de energía que emite esta región de nuestra galaxia sugieren la existencia de una fuente constante de energía que genera este fenómeno, y nuestros datos indican que podría provenir de una forma de materia oscura mucho más ligera de lo que los modelos actuales suponen.»
La teoría más ampliamente aceptada sobre la materia oscura es que está compuesta por partículas conocidas como partículas masivas de interacción Débil (WIMP, por sus siglas en inglés), que atraviesan la materia ordinaria sin interactuar con ella de manera significativa, lo que las hace extremadamente difíciles de detectar.
Sin embargo, este estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, ha reavivado la posibilidad de otro tipo de materia oscura con una masa mucho menor que las WIMP. La investigación muestra que la materia oscura sub-GeV (de menos de 1 GeV) podría ser la responsable de la anomalía en las tasas de ionización observadas en la zona molecular central (CMZ) de nuestra galaxia.
Partículas que emergen de la aniquilación
La zona molecular central de la Vía Láctea es una región altamente densa y rica en gas molecular, situada alrededor del centro galáctico. Esta área abarca un cilindro de unos 200 años luz de ancho y 100 años luz de alto, que contiene una gran concentración de nubes de hidrógeno molecular, el gas del que nacen las estrellas.
En la CMZ, se registran condiciones extremas, como altas densidades de gas y polvo, así como una intensa actividad estelar y cósmica, incluida la formación de nuevas estrellas y la presencia de agujeros negros supermasivos, como el Sagitario A*, que se encuentra en el centro mismo de la galaxia. Debido a estas condiciones, la CMZ es una de las regiones más complejas y dinámicas de la Vía Láctea.
Los investigadores sugieren que estas diminutas partículas de materia oscura podrían chocar entre sí y producir nuevas partículas cargadas en un proceso denominado aniquilación. Estas partículas cargadas recién generadas podrían, a su vez, ionizar el gas hidrógeno.
Impresión artística de la distribución de materia oscura que supuestamente debería encontrarse alrededor de la Vía Láctea. Cortesía: ESO/L. Calçada
La fuente de las señales energéticas
El análisis detallado de los datos muestra que la tasa de ionización observada en la CMZ no podría explicarse completamente con los rayos cósmicos, como se pensaba inicialmente. En cambio, las partículas de materia oscura podrían generar una tasa de ionización mucho mayor de lo que se había considerado antes, sin violar las limitaciones cosmológicas actuales, lo que abre una ventana a nuevas posibilidades.
Los intentos previos por explicar este proceso de ionización reposaban en los rayos cósmicos, partículas rápidas y energéticas que atraviesan el universo. Sin embargo, esta explicación ha enfrentado dificultades, ya que las señales de energía registradas en la CMZ, donde ocurre este fenómeno, no parecen ser lo suficientemente grandes como para atribuirlas a los rayos cósmicos. Además, este proceso tampoco parece ser posible con las WIMP.
El equipo de investigación optó por la explicación de que la fuente de energía responsable de la aniquilación es más lenta que un rayo cósmico y menos masiva que una WIMP.
Emisiones de rayos gamma
Además, Balaji y sus colegas encontraron con que las combinaciones de masa y densidad de las partículas de materia oscura sub-GeV podrían generar una tasa de ionización compatible con las observaciones, sin producir emisiones detectables de rayos X, rayos gamma o bremsstrahlung —un tipo de radiación electromagnética que se produce cuando partículas cargadas, especialmente electrones, se desaceleran o son deflectadas por otras partículas cargadas, como los núcleos atómicos—, lo que respalda la viabilidad de esta explicación.
«La búsqueda de materia oscura es uno de los objetivos más importantes de la ciencia fundamental, pero muchos experimentos se realizan en la Tierra, esperando que la materia oscura se manifieste ante ellos —dice Balaji en un comunicado del King's College London. Y añade—: Al observar el centro de nuestra Vía Láctea, el gas hidrógeno en la ZMC sugiere que podríamos estar más cerca de identificar pruebas sobre la naturaleza de la materia oscura».
Este hallazgo podría también ayudar a resolver misterios más amplios en nuestra galaxia, como un tipo específico de emisión de rayos X detectado en el centro de la Vía Láctea, conocido como la línea de emisión de 511-keV.
Esta firma energética particular podría también ser producto de la colisión de la misma materia oscura de baja masa, lo que genera partículas cargadas. Algunos estudios recientes han sugerido que la emisión de rayos gamma de 511 keV observada en el centro galáctico podría estar relacionada con la aniquilación de partículas de materia oscura sub-GeV, lo que ofrece la posibilidad de que ambos fenómenos estén conectados por una fuente común de materia oscura. ▪️
Información facilitada por el King's College London
Fuente: Luque, Pedro De la Torre and Balaji, Shyam and Silk. Joseph. Anomalous Ionization in the Central Molecular Zone by Sub-GeV Dark Matter. Physical Review Letters (2025). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.101001
