DespuĆ©s de un estudio detallado de los datos recopilados durante 15 aƱos por el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA sobre el halo galĆ”ctico de la VĆa LĆ”ctea, investigadores japoneses afirman tener evidencia directa de la detecciĆ³n de esquivas partĆculas de materia oscura en el universo.
De confirmarse el descubrimiento, representarĆa una autĆ©ntica revoluciĆ³n en el campo de la fĆsica, que obligarĆa a modificar el modelo estĆ”ndar de la fĆsica de partĆculas (que es una teorĆa que describe con precisiĆ³n la estructura fundamental de la materia). AdemĆ”s, tendrĆa enormes consecuencias en cosmologĆa a la hora de explicar la formaciĆ³n y evoluciĆ³n de los cĆŗmulos de galaxias.
Este innovador trabajo fue publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics y su Ćŗnico autor es el astrofĆsico japonĆ©s Tomonori Totani.
Totani afirma que el patrĆ³n energĆ©tico encontrado en su investigaciĆ³n podrĆa ser la primera evidencia directa de las llamadas partĆculas masivas que interactĆŗan dĆ©bilmente (VIMP), aunque la comunidad cientĆfica insta a cautela y verificaciĆ³n independiente antes de confirmar un hallazgo que podrĆa transformar la fĆsica actual.
Invisible para cualquier telescopio
La hipĆ³tesis ampliamente aceptada es que la materia oscura estĆ” formada por estos esquivos VIMP, cientos de veces mĆ”s masivos que los protones y de movimiento muy lento. Debido a que no absorben ni emiten luz ni interactĆŗan con ninguna partĆcula observada, su detecciĆ³n directa mediante instrumentos Ć³pticos como un telescopio es imposible.
El cĆŗmulo de Coma (con hasta 1.000 galaxias identificadas) es el lugar del cosmos donde apareciĆ³ la primera evidencia de materia oscura. En 1930, el astrĆ³nomo suizo Fritz Zwicky notĆ³ que estas galaxias se movĆan demasiado rĆ”pido para la gravedad creada por la materia ordinaria observada. Debieron haber escapado del grupo, pero en lugar de eso permanecieron juntos.
En otras palabras, no habĆa suficiente masa visible para mantener unidas tantas galaxias. La materia oscura en el cĆŗmulo de Coma es tan predominante que constituye aproximadamente el 90% de su masa total.
Imagen en falso color de la regiĆ³n central del cĆŗmulo de Coma donde se combinan imĆ”genes de luz infrarroja y visible para revelar miles de galaxias muy dĆ©biles (verde). CrĆ©dito: NASA/JPL-Caltech/L. Jenkins (GSFC). CC-BI
DespuĆ©s de estas observaciones, Zwicky sugiriĆ³ que podrĆa haber una forma invisible de materia que creara la gravedad adicional que mantiene unidas a estas galaxias. Lo llamĆ³ "Dunkle Materie" ("materia oscura" en alemĆ”n).
Posteriormente, en la dĆ©cada de 1970, la astrĆ³noma estadounidense Vera Rubin recurriĆ³ a este concepto para explicar la velocidad anĆ³mala de las estrellas en los bordes exteriores de las galaxias espirales. Hoy en dĆa, aunque no todos los astrĆ³nomos estĆ”n de acuerdo sobre la verdadera naturaleza de la materia oscura, su existencia es ampliamente aceptada.
Imagen del cĆŗmulo Bala (formado por dos cĆŗmulos de galaxias en colisiĆ³n) tomada por el Telescopio Espacial Hubble, el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA y el Telescopio Gigante de Magallanes en la Tierra. La materia visible aparece en tonos rosados, mientras que la materia oscura del cĆŗmulo aparece en tonos azules. Esta observaciĆ³n representa uno de los ejemplos directos mĆ”s claros de la existencia de materia oscura. CrĆ©ditos: Rayos X: NASA/CKSC/CfA/M.Markevitch, Mapa Ć³ptico y de lentes: NASA/STScI, Magellan/U.Arizona/D.Clove, Mapa de lentes: ESO VFI. CC-BI
La materia oscura constituye la mayor parte de la masa de las galaxias y los cĆŗmulos de galaxias. Los astrĆ³nomos estiman que la materia visible constituye sĆ³lo alrededor del 5% del universo, mientras que la materia oscura representa alrededor del 27%. El 68% restante corresponderĆa a energĆa oscura y serĆa responsable de la expansiĆ³n acelerada del universo, aunque aĆŗn se desconoce su naturaleza exacta.
DistribuciĆ³n en el universo de materia ordinaria o visible (5%), materia oscura (27%) y energĆa oscura (68%). CrĆ©dito: Centro de vuelos espaciales Goddard de la NASA. CC BI Emiten radiaciĆ³n muy energĆ©tica cuando se destruyen
Como mencionamos anteriormente, estas partĆculas de materia oscura no pueden ser detectadas por ningĆŗn telescopio porque no emiten ni absorben luz en ninguna longitud de onda. Ahora cabe preguntarse ¿cĆ³mo se pueden detectar mediante observaciĆ³n directa?
La buena noticia es que los VIMP hipotĆ©ticos se cancelarĆan entre sĆ al interactuar, produciendo radiaciĆ³n de alta energĆa en forma de rayos gamma. De hecho, los investigadores estĆ”n analizando datos del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA para buscar signos de interacciĆ³n VIMP y aniquilaciĆ³n mutua. Este es el caso de la sorprendente investigaciĆ³n del astrĆ³nomo Tomonori Totani.
Por tanto, el exceso de radiaciĆ³n gamma de alta energĆa en determinadas regiones galĆ”cticas se originarĆa en la aniquilaciĆ³n de partĆculas de materia oscura y podrĆa ser evidencia de la existencia de VIMPs. Lo que se discute es si la prueba es concluyente o si se trata de una hipĆ³tesis especulativa.
Secuencia del proceso de aniquilaciĆ³n de dos partĆculas de materia oscura o VIMP (imagen superior e central) y la posterior producciĆ³n de dos fotones de rayos gamma de alta energĆa (imagen inferior). CrĆ©dito: NASA/Centro de vuelos espaciales Goddard. CC BI Una seƱal que confirmarĆa la existencia de materia oscura
En este nuevo estudio, Totani analizĆ³ datos del halo de la VĆa LĆ”ctea, una regiĆ³n esfĆ©rica de estrellas viejas que rodea nuestra galaxia y que se dice que tiene una alta concentraciĆ³n de materia oscura.
Una interpretaciĆ³n artĆstica del halo interior y exterior de la VĆa LĆ”ctea. CrĆ©ditos: NASA, ESA y A. Feild (STScI). CC-BI
Un anĆ”lisis detallado de los datos en esta regiĆ³n galĆ”ctica revelĆ³ un exceso de rayos gamma de alta energĆa, alrededor de 20 gigaelectronvoltios (20 GeV). AdemĆ”s, el espectro de energĆa encontrado coincide perfectamente con la predicciĆ³n teĆ³rica de la aniquilaciĆ³n de VIMP, lo que sugiere que las partĆculas tienen una masa aproximadamente 500 veces la de un protĆ³n.
Mapa de intensidad de radiaciĆ³n gamma en la zona de interĆ©s para el estudio (halo de la VĆa LĆ”ctea). La barra gris horizontal en la regiĆ³n central corresponde a la regiĆ³n del plano GalĆ”ctico, que estĆ” excluida del anĆ”lisis. CrĆ©dito: Tomonori Totani, Universidad de Tokio. CC-BI
SegĆŗn los autores del estudio: "Detectamos rayos gamma de energĆa extremadamente alta que se extienden en una estructura similar a un halo hacia el centro de la VĆa LĆ”ctea. El componente de emisiĆ³n de rayos gamma se parece mucho a la forma esperada de un halo de materia oscura".
AdemĆ”s, este patrĆ³n tan especĆfico de radiaciĆ³n gamma no se explica fĆ”cilmente por otros eventos astronĆ³micos alternativos, como las supernovas o los pĆŗlsares que giran rĆ”pidamente.
El trabajo de Totani proporciona una indicaciĆ³n plausible de la emisiĆ³n de rayos gamma a partir de la aniquilaciĆ³n de la materia oscura, aunque no estĆ” exenta de incertidumbre y estĆ” lejos de ser concluyente.
PrecauciĆ³n necesaria ante estos nuevos resultados
"Afirmaciones extraordinarias requieren evidencia extraordinaria. Esas palabras de Carl Sagan resumen perfectamente cĆ³mo debe proceder la ciencia ante resultados tan revolucionarios como los propuestos en este nuevo estudio de la materia oscura."
Este nuevo descubrimiento estĆ” entrando ahora en un perĆodo de intenso examen y verificaciĆ³n por parte de otros grupos de investigaciĆ³n.
SerĆ” necesario realizar anĆ”lisis independientes para confirmar esta seƱal caracterĆstica de 20 GeV asociada con partĆculas VIMP, posiblemente en otros entornos ricos en materia oscura, como las galaxias enanas en el halo de la VĆa LĆ”ctea.
Tendremos que esperar para saber si este interesante trabajo sienta las bases para una detecciĆ³n sĆ³lida de la elusiva "materia perdida" que tanto ha desconcertado a los astrĆ³nomos en las Ćŗltimas dĆ©cadas.
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