Columna de Astronomía | La esquiva materia oscura brillante

Mucha evidencia apunta a que hay algo más que lo que vemos. La materia oscura. Sin embargo, aún es evidencia indirecta. Además, hay muchos candidatos para ésta: agujeros negros primordiales, una falta de precisión en la teoría de la gravedad, o partículas fundamentales, por ejemplo. Pero las evidencias de su existencia hablan por sí solas.

La materia oscura es la componente del universo que logra mantener a las galaxias como una sola unidad, a pesar de estar girando a velocidades que deberían despedazarlas. Claro, esperaríamos esto si solo tomáramos en cuenta la masa de las estrellas que vemos en ellas, pero algo se nos está quedando afuera. La materia oscura. Evidencia número 1.

Las grandes concentraciones de galaxias, mejor conocidas como cúmulos de galaxias, tienen movimientos también mucho mayores de lo que sería posible si no hubiera más masa que la visible en estrellas y en el gas caliente. La única forma de mantener tan elevada la temperatura de ese gas es con la presencia de la materia oscura que, con su gravedad extra, induce un mayor "peso" calentando el gas. Evidencia 2.

La telaraña cósmica que describen las galaxias también muestra que hay más masa en el universo de la que corresponde solo a las estrellas en galaxias, ya que si no fuera así, los hilos de esa telaraña deberían ser más delgados de lo que se observa. Evidencia 3.

Aunque estas evidencias son muy importantes, todas involucran indirectamente a la gravedad. Por ello, necesitamos pruebas más directas sobre la materia oscura, tarea en la que muchos científicos se centran.

Algunas partículas fundamentales, que son buenas candidatas a conformar la materia oscura, tienen una propiedad que puede parecer inesperada, el brillar en ciertas condiciones. Se trata de partículas de supersimetría –teoría que es una extensión del modelo standard de la física de partículas–. Entre ellas está el neutralino, que tiene la propiedad de interactuar de forma muy débil con otras partículas (como los fotones). Por esta razón no brillaría y eso mismo lo hace un buen candidato. Pero además, la masa predicha para esta partícula hace que sea un candidato incluso casi perfecto para lo que llamamos materia oscura fría. Con ella se explicaría la rotación de galaxias, los cúmulos de galaxias y, sobre todo, la telaraña cósmica. Pero tienen una característica más interesante aún: es su propia antipartícula. Es decir, que si un neutralino se encuentra con otro neutralino, se aniquilan, dejan de existir. Pero por conservación de energía, la masa de ambas partículas se transfiere mayormente a radiación, es decir el resultado de ese duelo es brillo.

Pregunta: ¿Si los neutralinos logran brillar bajo estas condiciones, son entonces malos candidatos a materia oscura? La respuesta es no, porque para que brillen, la densidad de materia necesaria se da solo en lugares muy especiales, en los centros mismos de las galaxias y muy cerca de los agujeros negros centrales (si es que los tienen). Su posibilidad de brillo es mínimo.

Para comprender mejor estas partículas hagamos el siguiente ejercicio. Imagine el universo con sus estrellas y galaxias, y de pronto apáguelas a todas. Lo que deberíamos ver es oscuridad, sin embargo, la materia oscura brillaría en los centros de las galaxias (por culpa de los neutralinos). Sería un universo mucho más oscuro del que vemos hoy –las estrellas son la mayor contribución a la luz visible en el universo¬. Y así la materia oscura quedaría en evidencia.

Pero este ejercicio no es posible, y por ello debemos en cambio observar los centros de galaxias y comprobar si algo de esa radiación proviene efectivamente de los neutralinos y no de todas las otras fuentes de luz conocidas. De confirmar que ese brillo está ahí, tendríamos nuestra Evidencia 4, la que sería contundente y directa.