¿Qué sabemos realmente sobre la materia oscura? Científicos de Tokio descubren nuevos límites
Gracias a una técnica innovadora, fue posible observar la luz emitida por la materia oscura y medir su vida promedio, con la mayor precisión jamás obtenida, que expresada en segundos es mayor que 10 seguido de 25 ceros.
Durante al menos un siglo, los científicos han estado tratando de desentrañar la verdadera naturaleza de los componentes más misteriosos del universo: la materia oscura y la energía oscura. Paradójicamente, se estima que el 27% del universo está compuesto de materia oscura, el 69% de energía oscura y sólo el 4% de materia visible para nosotros. Así pues, el 96% de lo que constituye el universo sigue siendo un misterio para nosotros.
Sin embargo, sabemos que la energía oscura y la materia oscura tienen propiedades opuestas: la materia oscura tiene propiedades atractivas (como la materia visible que conocemos), mientras que la energía oscura tiene propiedades repulsivas.
El destino del universo, es decir, su expansión progresiva o su futura contracción, depende precisamente del equilibrio entre la fuerza atractiva de la materia oscura y la fuerza repulsiva de la energía oscura.
Cómo descubrimos su existencia
Sabemos que el movimiento de los cuerpos celestes está relacionado con su masa. Gracias a las leyes de Kepler y a la ley de Gravitación Universal podemos deducir la masa a partir del movimiento o, viceversa, conociendo la masa podemos describir el movimiento.
Los astrónomos han observado que el movimiento de las galaxias y los cúmulos de galaxias, para ser explicado por las leyes de la física, requiere la presencia de una masa mucho mayor que la observada.
De esta forma, se infirió a partir de la observación la existencia de materia oscura como un componente necesario para explicar el movimiento observado de las galaxias y los cúmulos de galaxias.
Sin embargo, conocemos una propiedad muy importante de la materia oscura: la materia oscura se desintegra con el tiempo. ¿Qué significa? Se plantea la hipótesis de que la materia oscura está formada por dos tipos diferentes de elementos: uno estable, es decir, que no cambia con el tiempo, y otro inestable que tiende a transformarse en partículas y energía.
Esta transformación se llama descomposición. Tras el proceso de desintegración, la materia oscura pierde su propiedad inicial y, por tanto, ya no es “oscura”. Se estima que desde el Big Bang hasta hoy, debido a la desintegración, la materia oscura ha disminuido aproximadamente entre un 2 y un 5%.
La energía emitida durante el proceso de desintegración no es más que luz observable. Entonces, si no podemos observar la materia oscura directamente, podemos observar la luz que emite a medida que se desintegra.
¿Qué novedades hay desde Japón?
Un equipo de investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio ha logrado un gran avance en el estudio de la materia oscura a través de la luz emitida por su desintegración, consiguiendo además estimar su vida media.
Se centraron en dos galaxias, Leo V y Tucana II, que contienen materia oscura y trataron de detectar la radiación emitida por la desintegración de un tipo de partícula de materia oscura llamada "partícula similar a axión" (ALP), mirando en la región espectral infrarroja. Sin embargo, se enfrentaron a un gran problema.
La luz infrarroja emitida durante la desintegración se mezcla con la luz de fondo, es decir, la luz que proviene de la miríada de estrellas presentes en el universo, con la luz zodiacal, con la luz solar dispersada por el polvo interestelar, con la luz que emite la atmósfera al ser calentada por el Sol.
La idea innovadora del equipo fue considerar que mientras las fuentes de fondo mencionadas anteriormente emiten radiación en un amplio rango de longitudes de onda, la luz de desintegración se concentra en un rango estrecho.
Utilizando el telescopio Magellan Clay de 6,5 metros en el Observatorio Astronómico Las Campanas en Chile y el espectrógrafo ultrapreciso WINERED, pudieron separar la radiación de fondo infrarroja de la emitida por la desintegración de la estrella tipo axión.
En particular, pudieron medir un límite superior y uno inferior en las longitudes de onda de la radiación de desintegración. Esto nos ha permitido obtener la medición más precisa hasta el momento de la vida media de una estrella de tipo axión, que resulta ser inmensamente larga. Expresado en segundos, es igual aproximadamente a 10 seguido de 25 a 26 ceros, o, si se prefiere, igual a 10 elevado a cien millones de veces la edad del universo.
Con sólo 4 horas de observación continua con el telescopio Magallanes, los astrónomos japoneses pudieron observar suficiente luz de desintegración para poder estimar con precisión su vida media.
Referencias de la noticia
- Wen Yin et al. First Result for Dark Matter Search by WINERED - Phys. Rev. Lett. 134, 051004 – Publicado 7 febrero, 2025.