Astronomía multi-mensajero y el papel de los rayos gamma para búsqueda de materia oscura.
Da igual que
multi-mensajero os suene al repartidor de Amazon, que solo hayáis oído hablar
de rayos gamma en referencia a Hulk o que materia oscura os suene a pura
ciencia ficción. En este capítulo vamos a tratar de entender uno de los
misterios más fundamentales del Universo, ¿qué es toda esa materia que no
podemos ver? O igual sí…
¿Astro-qué?
¿Pero eso no es lo del horóscopo?
Astronomía, no astrología. Aunque en ambas se hable
de constelaciones y planetas, rara vez oiréis a ningún astrónomo deciros que
esta semana os irá bien en el amor porque Venus se alinea con Urano.
Aclarada la
confusión, si de verdad queremos entender el Universo en el que vivimos,
empezar por lo que no sabemos es algo así cómo montar una casa sin saber lo que
son los ladrillos. Así que, como cuando empieza una nueva temporada de una
serie, vamos a repasar lo que sucedió en capítulos anteriores.
Encontrar el inicio
del estudio de los astros es imposible, pero las primeras mediciones exactas de
los periodos de la Luna o el Sol proceden de la cultura maya. Básicamente,
usaron estas medidas para hacer calendarios y mapas estelares para orientarse.
Si avanzamos un poco,
aparecen nombres como Hiparco, que creó el primer catálogo de estrellas, o
Hipatia, que mejoró muchísimo el diseño de los astrolabios (instrumentos para
determinar posiciones de las estrellas). Pero todos ellos tenían algo en común,
y es que todo lo que podían observar era a través de sus ojos.
A Galileo esto no le
convencía mucho, y varios siglos más tarde (1609) creó el primer sistema de
lentes para observar el firmamento, el primer telescopio. Gracias a los
estudios previos de Copérnico, Brahe y Kepler sobre nuestro sistema solar,
Galileo encontró que todas sus observaciones solo eran compatibles con el
modelo que ellos explicaban.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cassini_apparent.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Copernican_heliocentrism_diagram.jpg
El siguiente plot twist vino de la mano de Newton.
Newton aunó en sus leyes que la fuerza que hacía que las cosas se cayeran al
suelo, tenía que ser la misma que mantenía a los planetas rotando alrededor del
Sol, la primera gran unificación dentro de la física. Además, cambió el sistema
de lentes de los telescopios por un sistema de espejos, que permitía eliminar
distorsiones ópticas. Aun así, aunque fuera a través de un instrumento, el
último receptor de la luz seguía siendo el ojo humano.
Cerrando la temporada
del siglo XIX, varios astrónomos detectaron “rayos invisibles” que calentaban
(infrarrojos) o que provocaban reacciones químicas (ultravioletas). Estos rayos
tan raros resultaron no ser otra cosa que luz que nuestros ojos no están
preparados para ver. Con estos resultados, el físico Maxwell formuló el
electromagnetismo, donde estos rayos se explican cómo ondas que se propagaban
en el espacio y el tiempo. Cada onda se caracteriza por su energía asociada que
se traduce como una frecuencia o una longitud de onda. Además, resulta que cada
rango de energía es capaz de fotografiar un mismo objeto de manera distinta,
qué manera de complicarse… Pero espera, ¡esto es bueno! Radiando un mismo
objeto con distintas “luces” somos capaces de entender cómo funciona a
distintas escalas, como un zoom de una cámara. Si nos miramos la pierna tal
cual, solo veremos una pierna. Pero si miramos la pierna a través de rayos X
(luz más energética que la visible), podremos ver los huesos y con suerte, que
no nos hemos roto ninguno.
Entonces, ¡podemos
hacer lo mismo con el Universo! Podemos construir telescopios que detecten
estas distintas longitudes de onda y ver más allá de lo que nos permite el ojo;
sacar “otras fotos” de lo que compone el Universo. Y eso es lo que hemos hecho.
En la actualidad
tenemos telescopios de todos los tamaños y clases, desde algunos que detectan
ondas de radio y microondas (como las que emiten tus aparatos de casa), hasta
los que detectan rayos gamma, un billón de veces más energéticos que la luz que
nuestros ojos pueden captar. A pesar de que todos se llamen telescopios, son
instrumentos muy distintos y mucho más complejos que los que diseñaron los
primeros astrónomos. De hecho, algunos se forman uniendo las capacidades de
varios telescopios en distintos lugares del mundo, como el famoso Event Horizon
Telescope (EHT), responsable de la fotografía del agujero negro de la galaxia
M87. Además, tenemos la suficiente tecnología para no limitarnos a ponerlos en
el suelo, ¡podemos mandarlos al espacio!
El telescopio Hubble lleva años ocupando los fondos de pantalla de
nuestros ordenadores con fotos realmente impresionantes (https://hubblesite.org/)1.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bertini_fresco_of_Galileo_Galilei_and_Doge_of_Venice.jpg
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MAGIC_Teleskop.png
Pero sabemos que
nuestra serie no termina aquí, os hemos dicho que hay más Universo desconocido
que conocido. Un segundo, ¿cómo sabemos eso? ¿Cómo sabemos que todo lo que
sabemos no es todo lo que se puede saber? Menudo trabalenguas. Digamos que no
sois a los primeros que os pasa esto. A principios del siglo XX había un clima
entre l@s físic@s de estancamiento. Podíamos describir la luz a través del
electromagnetismo, la mecánica estaba buscando aplicaciones en la vida
cuotidiana, con la termodinámica sabíamos cómo se comportaban de manera
macroscópica los cuerpos más pequeños y las leyes de Newton seguían
irrebatibles. ¿Alguien sabe que pasó entonces?
Primeros
datos del Universo escondido.
Si habéis dicho la física cuántica y la relatividad,
habéis acertado. Si habéis dicho que fueron los resultados de estas nuevas
fotos del Universo, también. Pero vamos pasito a pasito.
Entramos en el siglo
XX. A estas alturas ya conocemos bien el electromagnetismo, pero alguien tuvo
la brillante idea de comprobar si era compatible con la mecánica. Con lo bien
que estábamos, que pensábamos que ya lo sabíamos todo... Pues va, y no lo son.
Este descubrimiento desencadenó que unos años más tarde, Einstein terminase de
desarrollar la teoría de la relatividad especial, que resuelve este problema
fijando que la luz siempre viaja a la misma velocidad en el vacío. Sin embargo,
había algo que aún quedaba fuera de la ecuación, describir la fuerza de la
gravedad, lo que hizo con la teoría de la relatividad general. En ella, la
gravedad ahora es solo una consecuencia directa de cómo el espacio y el tiempo
se relacionan con la materia, y a pesar de que las ecuaciones son muy
complicadas, este es el mensaje que nos tenemos que llevar a casa.
La relatividad
general cambió el paradigma de cómo entendíamos el Universo, y daba explicación
a algunos fenómenos que con la teoría de la gravedad newtoniana no había
manera. Cuando las ecuaciones estuvieron listas, un montón de matemáticos y
físicos se lanzaron a intentar resolverlas, entre ellas su propio creador. Pero
para ello, se necesita asumir una manera de medir distancias y tiempo. Si
consideramos el Universo como un todo y ponemos en las ecuaciones de Einstein
esta manera concreta de medir distancias (espaciales y temporales), ¡nos
encontramos con unas ecuaciones que describen la historia y la evolución de
nuestro Universo! Imaginad, de un plumazo, ser capaz de ver cómo fue el
Universo primitivo y a la vez, que nos depara el futuro. Una conclusión de
estos resultados fue que el Universo no era estático (que está “creciendo”), y
por motivos que escapan a nuestra comprensión, esto a Einstein no le gustó ni
un pelo. Así que decidió añadir un término a las ecuaciones, uno que estaba
permitido matemáticamente y que, según él, permitía describir un Universo
estático. Ay… Mira que a día de hoy seguimos haciendo descubrimientos validando
sus cálculos, pero cómo se equivocó con esta interpretación… De momento, vamos a dejar este término, que
llamaremos constante cosmológica en la recámara (es una herramienta secreta).
Paralelamente a todo
este desarrollo híper-matemático, los astrónomos seguían mirando al cielo y
cada vez eran capaces de descubrir y ver nuevos objetos, y cómo no, se
encontraban con cosas que no tenían ni idea de qué eran. El físico Hubble midió que las galaxias que
estaban más alejadas de nosotros se alejaban cada vez a mayor velocidad (esto a
Einstein tampoco le gustó). Unos físicos de los famosos Laboratorios Bell
tenían problemas con su antena de comunicación satélite porque medían un ruido
de fondo apuntaran a donde apuntaran... Y los fenómenos paranormales no
terminaban aquí.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_Coma_Galaxy_Cluster_as_seen_by_Hubble_Heic0813a.jpg
En estos momentos,
era bien conocido que hay una correlación entre la masa de un objeto y los
procesos que hacen que este emita luz. De hecho, es la principal manera de
medir la masa de objetos celestes. En esta tesitura, el astrónomo Zwicky
encontró que al cúmulo de galaxias que estaba observando, le faltaba masa. Es
decir, según la gravedad newtoniana, para que el cúmulo se moviera a la
velocidad que medía, tenía que haber más masa de la que se veía. A finales de
los años 60, la astrónoma Vera Rubin consiguió medir con muchísima precisión la
velocidad de las estrellas que había en las partes exteriores de una galaxia. Y
el resultado fue medir con mucha más precisión esa masa faltante.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rotation_curve_of_spiral_galaxy_Messier_33_(Triangulum).png
En un siglo, pasamos
de “entenderlo todo” a saber que no sabíamos ni la mitad de lo que creíamos.
Teníamos un montón de observaciones que no sabíamos cómo explicar, pero una
teoría de la gravedad, casi por estrenar, que nos permite describir el
Universo.
Algo
que pesa y que no se ve: materia oscura.
Siento decepcionaros, pero la verdad es que a día de
hoy seguimos sin saber qué es aquella masa faltante que no emite luz. Lo bueno,
es que en estos casi 100 años desde los primeros indicios tenemos un poco más
de información de qué es esta materia oscura. Aunque realmente sabemos más
sobre lo que no puede ser.
Por sorprendente que
os parezca, una de las opciones que se sigue barajando es que sigamos sin
entender bien la gravedad. Una de las maravillas de la teoría de la relatividad
general es que, en las condiciones apropiadas, recupera la teoría de Newton.
Sin embargo, ya hemos visto que con ella no podemos reproducir los datos de las
curvas de rotaciones. Una de las maneras de interpretar esto es que hay una
masa que no podemos ver, pero ¿y si lo que está mal es cómo hacemos los
cálculos gravitatorios? Las teorías de gravedad modificada buscan nuevas
ecuaciones, al estilo de las de Newton, que puedan corregir este efecto sin la
necesidad de contemplar la existencia de una materia rara. Pero no están
exentas de problemas. El principal es que estas observaciones de “materia
oscura” provienen de objetos celestes de características muy distintas, es una
señal universal. Esto es un problema porque estas modificaciones son distintas
para cada objeto, lo cual pues puede ser, pero está lejos de estar probado
científicamente.
Sin embargo, la
interpretación de materia oscura cabe dentro de la relatividad general, tan
bien comprobada en la actualidad. Y tampoco nos parece descabellado el hecho de
que haya algo en el Universo que aún sea un desconocido. Espera, ¿has dicho que
cabe dentro de la relatividad general? ¡Veo que no se os pasa ni una!
Efectivamente, este término encaja perfectamente y de hecho es fundamental para
explicar las observaciones a escala cosmológica.
Vamos a retomar las
ecuaciones de Einstein, pero estas que nos decían tanto el pasado del Universo
como sus posibles futuros. Y, por capricho, vamos a dejar la constante
cosmológica (llamada con la letra griega L) que añadió Einstein
a última hora. Tenemos entonces, tres términos que se relacionan entre ellos:
el espacio-tiempo, la materia y esta constante rara. ¿Y dónde va la materia
oscura? Pues en el término de la materia, ¡claro! Así, obtenemos el modelo cosmológico
de referencia, el mejor describiendo todas las observaciones del Universo, el
modelo LCDM, y vamos a ver porqué se llama así.
Claramente la
constante cosmológica L está jugando un
papel importante aquí, pero no os he explicado cual y ha sido a propósito. ¿Os
acordáis de aquellas observaciones raras de galaxias que se alejaban más
deprisa cuanto más lejos estaban? Pues aquí viene L a salvarnos el día. Estas observaciones indican que
el Universo está expandiéndose. Significa que cada vez, los objetos celestes
que están a nuestro alrededor, se van a ir alejando más y más de nosotros. Pero
no porque se quieran ir, sino porque el espacio entre nosotros está aumentando.
¿Espera qué? Sí, como lo lees. No es solo que nuestros vecinos se aparten, sino
que lo hacen porque el espacio que hay entre nosotros crece, por eso decimos
que el Universo se expande. Esto parece muy complicado, así que vamos a
pensarlo en términos de algo que nos gusta a todos, los pasteles. Pensad que
hemos hecho un pastelito, con virutas de chocolate por encima (¡muy
importante!), y está listo para meterlo al horno. Como tenemos mucha hambre,
pegamos la nariz a la puerta del horno para ver cómo se cocina. Vemos como el
pastelito empieza a crecer con el calor en todas las direcciones que puede, y
como las virutas de chocolate que tenía por encima, cada vez se separan más
unas de otras. Pues ahora imaginad que el Universo es el pastelito y las
virutas de chocolate son las galaxias, ¡y listo!
De hecho, no es solo
que el Universo se expanda, sino que lo hace de manera acelerada. Esto lo
sabemos desde hace bien poco. Pero para acelerar algo, necesitamos una energía,
una fuerza… A esta energía que hace que el Universo se expanda cada vez más deprisa
la llamamos energía oscura, está representada en las ecuaciones del Universo
por el término L y tampoco tenemos ni
idea de dónde viene o qué es. Pero esto pertenece a los capítulos sobre el
Universo acelerado. De momento, ya sabemos de dónde viene la L del LCDM y porqué es
necesaria, ahora vamos a por el resto de letras.
Habíamos
quedado en que la materia oscura estaba incluida en el término de materia y con
las observaciones podemos averiguar qué propiedades debe cumplir. Por el hecho
de ser “oscura”, sabemos que no interacciona casi o nada con el resto de
materia del Universo, salvo a través de la fuerza gravitatoria. Esto implica
que la formación de las estructuras que vemos en el Universo, galaxias (enanas
y no tan enanas) y cúmulos de galaxias, tiene que estar altamente influenciada
por la materia oscura, y de hecho es una de las pocas pistas que deja para
encontrarla. Para explicar estas estructuras, es necesario que la materia
oscura arrastrase por gravedad al resto de materia que había en el Universo. En
las zonas donde más materia oscura había, más materia ordinaria se concentraba,
formándose primero estructuras más pequeñitas, que luego irían chocándose entre
ellas, también por las fuerzas gravitatorias, hasta formar los mega cúmulos
de galaxias que vemos hoy. Para que esto ocurra, la materia oscura tiene que
cumplir tres propiedades:
1. Lo que ya sabemos,
que se relacione poco o nada con el resto de materia, incluida la luz. Esto
implica que tiene que ser también eléctricamente neutra.
2. ¡Y también que no
se desintegre! Si no nos quedamos sin las estructuras…
3. Por último, tiene que ser lenta. Si la materia
oscura se moviera a velocidades cercanas a las de la luz, los choques serían
mucho menos eficientes formando galaxias, y por lo tanto deberíamos ver menos
cantidad de las que hay.
Estas tres características se resumen en tres
palabras: fría (la temperatura mide de alguna manera la velocidad de las
partículas, asociando caliente a rápido y frío a lento), oscura (la poca o nula
interacción con el resto de materia) y materia (porque sufre la gravedad). Si
tomamos estas palabras en inglés cold,
dark y matter, tenemos las tres
letras que nos faltaban de nuestro modelo cosmológico, CDM.
Por si fuera poco, tenemos unas herramientas súper
potentes con las que hemos comprobado que este modelo forma las estructuras que
observamos, las simulaciones cosmológicas. Así como en física de partículas
podemos hacer chocar las veces que queramos partículas (rehacer los
experimentos), no podemos crear universos así como así. La única posibilidad es
recrear a través de simulaciones estos “nuevos universos”, y contrastarlos con
la realidad. Estas simulaciones son monstruosas, se necesitan granjas de
ordenadores para poder crearlas y comprenden más de millones de años luz en
distancia y más de miles de millones de años en tiempo.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Formation_of_galactic_clusters_and_filaments.jpg
El modelo LCDM no ha parado de
cosechar éxitos. Con la teoría de formación de estructuras, obtenemos que la
distribución de materia oscura es la que se necesita para explicar las curvas
de rotación de las galaxias. Además, también concuerda con las mediciones de los
cúmulos de galaxias que empezaron todo este embrollo, y esto no es todo. ¿Os
acordáis de los físicos que tenían una antena para telecomunicaciones que
medían siempre un ruido de fondo? Bueno pues este ruido de fondo no era otra
cosa que la luz más antigua del Universo. Apodado fondo cósmico de microondas
(o por sus siglas en inglés CMB), este “ruido” es una foto de cómo era el
Universo la primera vez que la luz pudo viajar a través de él, y vaya si
podemos obtener información de aquí. Con esta información combinada con el
modelo LCDM, podemos cuantificar lo que sabemos del
Universo: que solo un 5% es materia ordinaria, que casi un 25% es materia
oscura y un 70% es eso que llamábamos energía oscura. Y la única que sabemos lo
qué es y cómo se comporta (más que menos) es la materia ordinaria. ¡Así que
tenemos trabajo para mucho rato!
Buscadores
de lo invisible.
Es verdad que el modelo cosmológico LCDM funciona a las mil maravillas, pero entre las
cosas que no explica, es qué es en sí la materia oscura. Sabemos que tiene que
cumplir ciertas propiedades, pero ¿puede ser una partícula? ¿Puede ser una
partícula que ya exista y que solo se “esconda”? ¿Puede ser algo que no sea una
partícula? Los físicos llevamos desde las primeras evidencias tratando de
responder a esto, y la verdad es que opciones no nos faltan.
De las primeras cosas que hay que hacer cuando
descubres algo que puede ser algo nuevo, es asegurarte de que de verdad no es
algo viejo. La materia que hemos estado llamando ordinaria, es la materia que
hemos estudiado en el cole. La que está compuesta de moléculas y en última
instancia por átomos. Al menos, esto es lo que nos dicen en la escuela. Si
seguimos haciendo zoom, podremos distinguir cosas más pequeñas aún, cosas que
llamamos partículas. Dentro del átomo, conviven protones y neutrones formando
un núcleo y electrones, paseándose por la parte más exterior. Si hacemos zoom
en ese núcleo, podremos distinguir que los protones y los neutrones también
están compuestos de otras partículas, los quarks. Aquí igual ya nos hemos
perdido un poco más. El átomo se mantiene unido gracias a las fuerzas del
electromagnetismo, ya que las cargas negativas de los electrones se compensan
con las positivas del núcleo. Pero el núcleo no puede mantenerse estable por la
fuerza electromagnética, de hecho, sería más bien lo contrario ya que en él
solo hay cargas positivas y cargas neutras. Para explicar que se mantenga
estable y unido, existe la fuerza nuclear fuerte (sí, porque es más fuerte que
la electromagnética) actuando en los quarks. Ésta tiene un efecto un tanto
curioso, ya que es más fuerte cuanto más alejadas están estas partículas,
provocando que queden confinadas dentro de los núcleos atómicos y sea imposible
encontrarlas libres en la naturaleza. Pero sí que hay otras partículas
compuestas por quarks libres en la naturaleza. Como veis, incluso explicar cómo
funciona la materia ordinaria se vuelve más y más complicado. A estas escalas,
uno ya se mueve junto con la física cuántica y además, necesitamos integrar
todas estas fuerzas. De eso se ocupa el modelo estándar de física de
partículas. El modelo estándar describe todas estas fuerzas y predice la
existencia de todas las partículas que conocemos y sus propiedades. Así que, si
hay que comprobar que la materia oscura es algo nuevo, habrá que comprobar que
ninguna partícula del modelo estándar se esté camuflando con este nombre.
Revisando las propiedades que mencionábamos antes,
resulta que de entrada ninguna cumple los requisitos. ¿Y la antimateria? Bueno,
aunque nos suene como algo novedoso y que según las películas de los domingos
por la tarde pueda destruir el Universo, la antimateria son copias de todas las
partículas, pero como se verían en un espejo, así que tampoco nos sirve.
Entonces… necesitamos partículas nuevas.
Decirle a un físico teórico que necesitas partículas
nuevas, es como dejar a un niñ@ en una juguetería una noche entera. Aunque
sepamos algunas propiedades que tienen que cumplir estas nuevas partículas, no
tenemos ni idea de qué masa pueden tener, ni exactamente que interacciones
sufre. Es como si en el DNI solo pusiera tu nombre y dónde naciste. Esto hace
que haya mucha libertad para generar estas partículas, y existen modelos de
todos los colores y para todos los gustos. Hay algunas con masas un cuatrillón
de veces más pequeña que la de un electrón, y otras, mil millones de veces
mayor. Luego tenemos la opción de que la materia oscura no sea una sola
partícula, sino que como pasa con la materia ordinaria, puede que sean varias
partículas con sus respetivas nuevas interacciones y que necesitemos un nuevo
modelo estándar para este sector oscuro. Y, de hecho, podemos ir incluso más
allá. Podemos pensar que la materia oscura no tiene porqué ser una partícula
fundamental, que puede ser un objeto más complejo y que tampoco sabemos
identificar, como mini agujeros negros. Como veis, es como pasear por un zoo de
posibles candidatos.
La única ventaja de tener tantas posibilidades y tan
distintas, es que cada una deja unas huellas muy diferentes. Unas huellas que
nosotros, como detectives, vamos a intentar seguir. A pesar de que sabemos que
la materia oscura no se habla mucho con el resto de materia, aún hay un pequeño
hueco para que de vez en cuando le envíe un WhatsApp para preguntarle cómo le
va la vida. Según la mayoría de modelos que asumen que la materia oscura es una
partícula, existen tres pistas para poder encontrarla. La primera, tratar de
cocinarla nosotros. Es decir, usar los grandes colisionadores de partículas y
esperar que, entre el barullo de resultados, produzcamos materia oscura. La
segunda, es poner un material muy muy denso y esperar que la materia oscura
decida chocar con él. Y la última, usar mega-telescopios para recibir señales
de colisiones entre las propias partículas de materia oscura. Las tres son
necesarias, pero para encontrarla antes, tenemos que dividir los esfuerzos.
La opción de tratar de ver señales del choque entre
materia oscura (llamado aniquilación) es muy prometedora, por el simple hecho
de que los indicios su existencia proceden del espacio exterior. Pero tenemos
que saber qué señal estamos buscando y qué cosas podemos detectar. ¡Espera, de
esto ya hemos hablado! Hemos visto que podemos detectar un montón de tipos de
luz que el Universo nos deja, y hay una que destaca entre las demás. La luz más
energética que existe, los rayos gamma, no son muy usuales de encontrar. Solo
se producen en zonas del Universo muy extremas, con explosiones muy energéticas
y unas fuerzas magnéticas terribles. Además, como los fotones no tienen carga,
son capaces de escapar de estos infiernos y llegar hasta nosotros apuntando
directamente a la zona de donde vienen, como si fueran flechas. Pero lo mejor de todo es que, según muchos de
los modelos, los rayos gamma son un producto casi directo del choque entre dos
partículas de materia oscura. Es decir, que si detectamos una señal de rayos
gamma, aunque sea bajita, de una zona del Universo que esperamos tenga mucha
materia oscura y sin ser una zona extrema, ¡eso es materia oscura!
https://particleastro.brown.edu/dark-matter/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crshower2_nasa.jpg
Esto suena genial, ¿no? Apuntamos con estos
telescopios a una zona de estas características y listo. Eso pensábamos muchos,
pero la materia oscura está en modo peli y manta y que nadie me moleste. Cuando
hacemos esto y no detectamos ninguna señal, descartamos algunos de los modelos
que habíamos preparado. Si con esta sensibilidad aún no hemos visto esta
partícula, es que esta no puede ser, y así, con todos. Además de que detectar
rayos gamma tampoco es pan comido. En los telescopios terrestres, detectamos la
luz que llega resultado de que los rayos gamma interaccionen con las partículas
de la atmósfera. Y también nos tenemos que asegurar de su procedencia. Hay
zonas del Universo donde esperamos mucha cantidad de materia oscura pero
también son zonas extremas que producen rayos gamma por otros motivos, y hay
que intentar distinguir la procedencia de cada uno.
Fig.8 Representación de la luz que provocan los productos de la interacción de los rayos gamma con las partículas de la atmósfera.
https://www.eso.org/public/images/eso1841i/
¿No hay entonces una manera más fácil de ver las
señales de la aniquilación de materia oscura? Fácil como quien dice fácil, no,
pero si hay otras maneras. Lo primero que podemos hacer, es usar telescopios en
otro rango de energías para tratar de distinguir rayos gamma de materia oscura
de rayos gamma normales. A esto se le conoce como astronomía multiwavelenght, o astronomía de varias
longitudes de onda.
Otra cosa que podemos hacer es ver si de la
aniquilación de materia oscura podemos obtener otras señales, recibir
información de otros “mensajeros”. Según los modelos, hay dos señales más que
pueden funcionar casi tan bien como los rayos gamma. Unos son los rayos
cósmicos. Estos “rayos cósmicos”, aunque también se llamen rayos, no son luz,
sino partículas cargadas. La señal que buscamos en este caso, es un chorro de
partículas de antimateria. También son un producto casi directo del choque y,
además, no abunda en el Universo. Así que una pequeña señal sería suficiente
para poder distinguirlos.
Otra señal que estamos buscando son neutrinos. Los
neutrinos son los primos pequeños de los electrones, pero sin carga. Esto hace
que, igual que los rayos gamma, actúen como una fecha y apunten directamente a
su origen. Pero ni os digo lo difícil que es detectar neutrinos. Ahora mismo,
están atravesando miles de millones de ellos nuestra mano y ni nos estamos
enterando.
Como colofón, en 2016 detectamos ondas gravitatorias por primera vez. A parte de suponer el Nobel para sus descubridores, las ondas
gravitatorias fueron predichas por Einstein en teoría de la relatividad
general y pueden resultar muy útiles en el futuro próximo para complementar las
búsquedas de materia oscura. Al fin y al cabo, todas las evidencias de su
existencia son a través de la gravedad…
La discusión está lejos de terminar, pero el futuro
pinta brillante. Dentro de poco tendremos nuevos telescopios de rayos gamma
mucho más potentes de los que jamás hemos podido construir, los colisionadores
de partículas están alcanzando cada vez energías más altas y, con la entrada en
el tablero de las ondas gravitatorias abrimos una nueva ventana inexplorada,
otra “foto” distinta del Universo para averiguar todo lo que esconde.
Notas:
1
Nota del coordinador: En el preciso momento de estar editando este texto se
está produciendo el lanzamiento del Telescopio James Webb (https://webbtelescope.org/).
Doctora en Física Teórica (25-11-2022).
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