¿Podríamos detectar la aniquilación de la materia oscura dentro de los cúmulos globulares?

Un equipo de astrónomos estudió dos cúmulos globulares cercanos, 47 Tucanae y Omega Centauri, en busca de señales producidas por la aniquilación de la materia oscura. Aunque las búsquedas resultaron vacías, no fueron un fracaso. La falta de detección impuso límites superiores estrictos a la masa de la hipotética partícula de materia oscura.

Brillando una luz sobre la materia oscura

La materia oscura constituye alrededor del 80% de toda la masa del universo, aunque es completamente invisible. Simplemente no interactúa con la fuerza electromagnética, por lo que no brilla, refleja, absorbe ni nada. Hasta el momento, la única evidencia que tenemos de su existencia es a través de sus efectos gravitatorios sobre el resto del universo. Debido a esto, los astrónomos no están exactamente seguros de qué es la materia oscura, aunque muchos físicos creen que es un nuevo tipo de partícula, previamente desconocida para el modelo estándar de física de partículas.

Una posibilidad es que la materia oscura esté formada por alguna partícula ultraligera, como un axión. Y aunque estas partículas no interactuarían con la materia normal, muy rara vez podrían interactuar consigo mismas, chocando entre sí y aniquilándose. Si la energía de la colisión es lo suficientemente alta, puede resultar en la producción de un rayo gamma, que luego se divide para convertirse en un electrón y un positrón.

Esos electrones y positrones pueden unirse para formar estados ligados, llamados positronio. Sin embargo, los átomos de positronio no son estables y eventualmente se descomponen, dejando un destello de emisión de radio.

Entonces, aunque la materia oscura no interactúa directamente con el electromagnetismo, aún existe la posibilidad de que veamos la emisión de radio de la colisión y la descomposición de las partículas de materia oscura.

Mira los cúmulos globulares

Para que esto funcione, necesitas mucha materia oscura. Si las partículas de materia oscura chocaran con la suficiente facilidad, ya lo habríamos visto. Así que las colisiones deben ser raras. La densidad de la materia oscura en nuestro vecindario galáctico es demasiado baja para generar una emisión detectable, pero los núcleos densos de las galaxias pueden ofrecer un mejor acceso.

El lugar natural para mirar es nuestro núcleo galáctico, pero ese lugar está inundado con todo tipo de emisiones de radio, por lo que es difícil saber si una señal en particular proviene de la aniquilación de la materia oscura o de algo más mundano. Es por eso que un equipo de astrónomos observó dos cúmulos globulares cercanos, como se informó en un artículo que apareció recientemente en la revista preliminar arXiv.

Los dos cúmulos, 47 Tucanae y Omega Centauri, están a solo unos miles de años luz de distancia, lo que los hace relativamente fáciles de observar. Y los astrónomos creen que son los restos de las galaxias enanas, a las que se les quitó la mayor parte de sus estrellas a través de interacciones con la Vía Láctea.

Esto hace que los cúmulos sean laboratorios ideales, porque son esencialmente bolas de materia oscura densa con muy poca contaminación. El equipo de astrónomos buscó la señal de radio única del positronio en descomposición utilizando el observatorio Parkes en Australia.

No encontraron nada, lo cual no es necesariamente algo malo. Basándose en sus observaciones, pudieron establecer los mejores límites superiores hasta ahora en la masa y la sección transversal (una medida de la frecuencia con la que interactúan las partículas) de estos modelos de materia oscura clara. Claro, hubiera sido increíble ver una señal confirmada y finalmente poner fin a este misterio de la materia oscura, pero los nuevos conocimientos en cualquier dirección siempre son bienvenidos y siempre son útiles.