Una inusual señal de rayos gamma podría ser la evidencia más directa de materia oscura hasta ahora. Sin embargo, la señal también podría ser resultado de una anomalía del telescopio o estar producida por algo aún más extraño que la materia oscura.
La materia oscura constituye la estructura fundamental de gran parte del universo, determinando cómo se agrupan las galaxias, por ejemplo. También supera enormemente en masa a toda la materia visible, pero durante décadas los investigadores se han cuestionado exactamente qué es.
Parte del problema es que no pueden observar la materia oscura directamente. En cambio, solo pueden registrar su efecto en los alrededores. Una línea de investigación más directa sería detectar partículas producidas cuando la materia oscura colisiona y se aniquila consigo misma, lo que algunas teorías sugieren que debería ocurrir. Ahora, Yun-Feng Liang de la Universidad de Guangxi en China y sus colegas identificaron una señal de rayos gamma que podría ser resultado de este proceso.
Los investigadores encontraron la señal después de analizar 15,5 años de datos del Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi (FGST), examinando específicamente los cúmulos de galaxias Virgo, Fornax y Ofiuco. Los investigadores eligieron estos cúmulos de galaxias porque se sabe que contienen grandes halos de materia oscura, según Liang. La señal de rayos gamma que el equipo encontró allí tenía forma de pico o línea, análoga a un destello de luz de un solo color, lo que algunas teorías predicen que es resultado de la aniquilación de la materia oscura consigo misma.
"Descubrir una línea clara de rayos gamma sería la evidencia definitiva de 'arma humeante' que prueba la existencia de partículas de materia oscura y revela sus propiedades en física de partículas", afirma Yi-Zhong Fan, miembro del equipo de la Academia China de Ciencias. Basándose en su análisis estadístico de los datos, los investigadores estimaron que hay menos de una probabilidad de 1 en 10.000 de que esta señal sea ruido cósmico aleatorio o un patrón puramente coincidencial.
Sin embargo, varias preguntas permanecen antes de que el equipo pueda declarar un descubrimiento definitivo. Detectar firmas de materia oscura en rayos gamma ha sido históricamente difícil porque las señales tienden a ser débiles y pueden confundirse con errores del telescopio. Una promisoria señal de rayos gamma de 2012, por ejemplo, resultó ser exactamente eso. Zhao-Qiang Shen, también de la Academia China de Ciencias y que trabajó en el nuevo estudio, afirma que los miembros del equipo realizaron un gran número de pruebas para confirmar la veracidad de su señal, pero permanece cierta posibilidad de error del instrumento.
Además, aunque la nueva señal es clara cuando se observan los tres cúmulos de galaxias, parece desvanecerse más cerca del centro de nuestra galaxia, donde la materia oscura es densa y también debería estarse aniquilando y creando rayos gamma.
"El hecho de que la señal se ilumine en cúmulos distantes pero permanezca silenciosa en nuestro propio patio cósmico es profundamente peculiar", dice Liang. "Si esto proviene verdaderamente de materia oscura, sugiere que las partículas deben interactuar de una manera mucho más sofisticada de la que predicen las teorías convencionales". Alternativamente, la señal podría provenir de algún fenómeno aún más raro o novedoso, como vientos de partículas ultrarrápidas de estrellas de neutrones magnetizadas exóticas.
"Encuentro el resultado intrigante, pero sería bastante cauteloso al interpretarlo como evidencia de materia oscura", afirma Juri Smirnov de la Universidad de Liverpool en el Reino Unido. Señala que observar solo un cúmulo de galaxias en lugar de los tres juntos aumenta las probabilidades de que la señal sea producto del ruido o un patrón aleatorio. También le preocupa lo poco convencional que tendría que ser un proceso de materia oscura para producir este pico de rayos gamma lejos de nosotros pero no cerca del centro de nuestra galaxia. "Esto pone la interpretación estándar de materia oscura bajo una tensión considerable", afirma.
El equipo espera que futuras misiones de telescopios añadan claridad a la situación, por ejemplo el Telescopio Espacial de Rayos Gamma de Área Muy Grande, que fue propuesto hace varios años y podría recopilar más rayos gamma con mejor resolución. Para 2040, el FGST también habrá duplicado su conjunto de datos, lo que podría elucidar aún más la naturaleza del extraño pico de rayos gamma, según Fan.
"Si futuros telescopios confirman que esta señal es genuina, representaría un avance histórico. Revelaría inmediatamente la masa de la elusiva partícula de materia oscura y daría a los físicos un objetivo concreto para construir la próxima generación de teorías fundamentales de partículas", afirma Shen. "Al mismo tiempo, nos obligaría a reescribir completamente nuestros modelos de libros de texto estándar sobre materia oscura".
