Si todas esas publicaciones y charlas especializadas sobre la materia oscura lo hacen sentirse un poco ignorante, no se preocupe. Los científicos tampoco lo tienen muy claro. Cuando parecen estarse acercando más a una respuesta que resuelva este misterio, surge nueva evidencia que les obliga a volver a empezar de cero.
La búsqueda ha sido difícil. Y no es porque sea escasa. En realidad, es 5 veces más abundante que la «materia ordinaria», de la que están hechas todos los planetas, estrellas y galaxias que podemos ver.
Abundante, sí. Pero evidente, no. Nadie, hasta el momento, ha conseguido detectarla directamente, y nadie sabe de qué clase de partículas subatómicas podría estar constituida.
Desde hace décadas, astrofísicos de todo el mundo tratan sin descanso de encontrar materia oscura. Esa extraña sustancia sigue siendo un misterio. Pero tiene que estar allí. Después de todo, sin ella las galaxias no podrían mantener íntegras sus estructuras.
Las observaciones astronómicas han llevado a los científicos a concluir que el universo está lleno de partículas invisibles masivas. Esta materia «oscura» no emite ni refleja luz, pero da a conocer su presencia a través de sus efectos gravitacionales extremadamente fuertes en estrellas y galaxias. Pero a pesar de su masiva presencia y sus notables efectos, no ha sido posible hallarla.
En estrellas de neutrones
La detección directa de partículas de materia oscura se consideraría un Santo Grial de la física. Pero, por supuesto, no es fácil encontrar una sustancia «invisible». Es aún más difícil por el hecho de que no sabemos mucho más al respecto. La materia oscura podría ser cualquier cantidad de partículas hipotéticas. Por ejemplo, gravitinos superpesados, neutrinos estériles, fotones oscuros o partículas masivas de interacción débil. Y cada una de ellas tiene sus propiedades.
Pese al hecho de que la materia oscura supera ampliamente a la materia normal, sigue siendo frustrantemente esquiva. Pero podría haber formas de detectarla, si sabe dónde buscar. Para ello, los astrónomos han escaneado estrellas de neutrones en busca de señales reveladoras de una partícula de materia oscura propuesta llamada axión.
Ver lo que no se puede ver
Se han realizado experimentos en el pasado para tratar de detectar axiones a medida que producen campos eléctricos o magnéticos en determinadas condiciones, o al afectar el giro de neutrones electrificados. En otros estudios, los investigadores han desviado la mirada del laboratorio hacia las estrellas.
Otra propiedad predicha de los axiones es que cuando se encuentran con un campo electromagnético fuerte, a veces deberían convertirse espontáneamente en fotones, partículas de luz que son fácilmente detectables.
Las estrellas de neutrones tienen algunos de los campos magnéticos más fuertes del universo y sus enormes masas deberían atraer un gran número de axiones. Entonces, los investigadores razonaron que estos objetos serían los lugares perfectos para escanear en busca de axiones que se conviertan en fotones.
Búsqueda frenética
Se esperaría que esa conversión produjera un pico ultra estrecho de ondas de radio a una frecuencia particular, dependiendo de la masa del axión. Un equipo de investigación analizó datos de dos radiotelescopios, el Telescopio Robert C. Byrd Green Bank en los Estados Unidos y el Telescopio Effelsberg de 100 m en Alemania. Mientras, observaban dos estrellas de neutrones cercanas, así como una exploración más amplia del centro de la Vía Láctea. donde debería haber unos 500 millones más.
Los investigadores tomaron muestras de radiofrecuencias de alrededor de 1 GHz en estos lugares, que es el rango que se espera que produzcan axiones de masas entre 5 y 11 microelectronvoltios. Y no detectaron tales señales.
La materia oscura sigue siendo elusiva. Sin embargo, un resultado nulo no es un fracaso. Los investigadores no se dan por vencidos. Dicen que estos resultados les permiten descartar axiones existentes en ese rango de masa. Con más y más experimentos de diferentes tipos buscando candidatos con diferentes masas y propiedades, cada uno potencialmente acerca a la ciencia a hallar una respuesta. O tal vez no.
La teoría de los neutrinos estériles
Con base en estos hallazgos, una de las teorías más populares sugiere que la materia ocura está hecha por un «primo» estrechamente relacionado con el neutrino, llamado «neutrino estéril». Es una partícula subatómica sin carga, que esencialmente no interactúa con la materia o lo hace muy raramente.
Esta partícula generalmente se libera durante las reacciones nucleares que ocurren en el interior de estrellas como el Sol. Básicamente es una partícula hipotética, porque nunca se ha observado experimentalmente.
Según algunos científicos, la materia oscura podría estar hecha de neutrinos estériles que podrían detectarse porque son muy inestables y porque se descomponen en neutrinos normales al emitir radiación electromagnética. Esta radiación electromagnética, en forma de rayos X, podría detectarse escaneando galaxias.
Y es precisamente por este motivo que una investigación de 2014 infundió una esperanza considerable en quienes creen en este enfoque teórico. Fue engtonces cuando un equipo de astrónomos descubrió una gran emisión de rayos X procedente de varias galaxias o cúmulos de galaxias cercanas. La emisión parecía bastante consistente con la causada por la descomposición de neutrinos estériles.
Evidencia en contra
Sin embargo, las misteriosas señales electromagnéticas de galaxias cercanas y registradas por diferentes equipos de astrónomos no pueden vincularse a la materia oscura, según un estudio producido este año por investigadores de la Universidad de Michigan, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y la Universidad de California.
En este nuevo estudio, utilizando los datos recopilados durante veinte años por el telescopio de rayos X XMM-Newton, los investigadores declaran que no han encontrado evidencia de que el neutrino estéril pueda ser la base de estas emisiones y por lo tanto considerarse la base de la materia oscura.
«Este trabajo de 2014 y el trabajo de seguimiento confirmaron que la señal generó un interés considerable en las comunidades de la astrofísica y la física de partículas debido a la posibilidad de conocer, por primera vez, exactamente qué es la materia oscura a nivel microscópico», explica Ben Safdi, profesor asistente de física en la UM y uno de los autores del estudio.
“Nuestro descubrimiento no significa que la materia oscura no sea un neutrino estéril, pero sí significa que, contrariamente a lo que se afirmó en 2014, no hay evidencia experimental que indique su existencia”. Una vez más, la materia oscura parece ser tan evasiva como abundante.
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