El corazón de nuestra galaxia es extrañamente brillante. Desde 2009 los astrónomos han venido sugiriendo que hay demasiada luz emanando del interior de la Vía Láctea—más de la que pueden explicar las fuentes conocidas de luz. Al principio los científicos sospecharon que estaban viendo un indicio de materia oscura, la forma invisible de la masa que supuestamente permea el universo. Pero dos nuevos estudios apoyan una explicación alterna: los rayos gamma provienen más bien de un grupo de estrellas giratorias llamadas púlsares, que son demasiado tenues para ser vistas con los telescopios actuales. 

Parte de la confusión se produce por las incertidumbres sobre la señal de los rayos gamma arrojada por el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA. Muchos grupos de astrónomos han analizado la información del Fermi, disponible al público, y afirman ver un exceso de luz que no tiene explicación. Pero los detalles de lo que han hallado, y cómo lo interpretan, varían entre los diversos grupos. No obstante, ahora el equipo del telescopio Fermi ha confirmado la existencia del extraño exceso de luz en un informe en el Astrophysical Journal. El estudio ofrece la mejor descripción hasta ahora de las particularidades de ese exceso, tales como su densidad y extensión en el espacio, así como el espectro de su longitud de onda, y todos los factores contaminantes, incluyendo errores sistemáticos en el telescopio y otras fuentes de rayos gamma que puedan enturbiar la señal.   

Tras la huella de la materia oscura

Durante mucho tiempo el resplandor de los rayos gamma ha intrigado a los teóricos, quienes dicen que concuerda asombrosamente con las predicciones de una explicación en particular de la materia oscura. El invisible ingrediente debe estar a todo nuestro alrededor porque las estrellas y galaxias sienten el jalón gravitacional, pero su composición es desconocida. Una sugerencia es que podría tratarse de las “partículas masivas de interacción débil”, o WIMPs, por sus siglas en inglés. Estas partículas serían su propia contraparte de antimateria, y de la misma forma en que la materia y la antimateria se destruyen a sí mismas al tocarse, dos WIMPs se aniquilarían en caso de chocarse entre sí. En el centro de la Vía Láctea, donde se piensa que la materia oscura es muy densa, los WIMPs se estrellarían constantemente, y sus explosiones crearían luz de rayos gamma –que es justamente lo que ve el Fermi.

Pero la luz podría también tener un origen más mundano. Los púlsares son los vestigios de grandes estrellas que agotaron su combustible para generar fusión nuclear, y colapsaron. Los púlsares giran a enormes velocidades—muchas dan un giro completo en un milisegundo—y su luz es emanada como la de un faro. Se sabe que los púlsares emiten rayos gamma, y podrían contribuir al excedente de luz, si hay un número suficiente de ellos escondiéndose en el centro galáctico. Dos estudios recientes publicados antes del análisis de Fermi apoyan este escenario porque descubrieron que la luz gamma extra es más grumosa que lisa.  Los grumos serían de esperarse si la luz se originara a partir de objetos individuales, como los púlsares, en lugar de partículas de materia oscura, que están distribuidas más uniformemente en el espacio. “Tener un modelo basado en puntos de origen, en lugar de una emisión lisa, cambia las estadísticas“, dice Tracy Slatyer, profesora de física del Instituto Tecnológico de Massachusetts, líder de uno de los estudios. Su equipo halló en la data una “notable” preferencia hacia puntos de luz estilo púlsar. Un estudio separado, usando diferentes métodos estadísticos, encabezado por Christoph Weniger, en la Universidad de Amsterdam, llegó a la misma conclusión. “Pienso que los púlsares de un milisegundo son la mejor explicación”, dice Weniger. “ Aunque a todo el mundo le encantaría hallar un indicio de materia oscura, tenemos que ser cuidadosos y no saltar a conclusiones.”

Pero no todos están convencidos. “Creo que esos estudios sobre las fuentes individuales de luz son muy interesantes, y he considerado sus argumentos muy cuidadosamente”, dice Dan Hooper, un astrofísico del Acelerador del Laboratorio Nacional Fermi, que fue una de las primeras organizaciones en llamar la atención sobre el exceso de luz de rayos gamma. “Habiendo dicho esto, no estoy convencido de que las fuentes puntuales de luz sean las responsables del exceso”.

Es igualmente probable, dice, que la evidencia de grumos sea resultado de suposiciones erradas acerca de otras fuentes de rayos gamma tales como interacciones entre rayos cósmicos y el gas entre estrellas. “En este momento, no creo que la respuesta sea clara”.

Un problema con la explicación de los púlsares es la pregunta de por qué habrían de existir tantos de ellos arracimados dentro del núcleo de la Vía Láctea. Según Slatyer, podría tratarse de una población distinta que se habría formado de otra manera, y que no tuvo nada qué ver con los púlsares. Los astrónomos Timothy Brandt y Bence Kocsis del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton han sugerido a su vez que los conglomerados de estrellas que orbitan alrededor de la Vía Láctea podrían haber sido perturbados por la gravedad de nuestra galaxia, formando una caparazón esférica en medio de la estructura.

“Lo bueno de esta explicación es que el modelo que usaron fue desarrollado con un propósito distinto“, añade Slatyer, “y resulta que se alinea bastante bien con la señal en el centro galáctico”.

La exhaustiva información sobre la luz de los rayos gamma en el nuevo estudio de la colaboración Fermi debería ayudar a clarificar la situación. “Pienso que ese estudio es de mucha altura, y aporta muchos detalles”, dice Hooper. El equipo de investigadores de Fermi dice ser agnóstico acerca del origen de la fuente de la luz. “Podemos concluir que existe un exceso por encima de los emisores convencionales de rayos gamma, y definitivamente hay indicaciones de que existe algo nuevo, pero es demasiado temprano para concluir que se trata de alguna evidencia de la presencia de materia oscura”, dice Simona Murgia de la Universidad de California en Irvine, una de las coautoras principales del estudio de Fermi. En cuanto a los púlsares, “yo personalmente diría que son igualmente plausibles”.

Hallar las pruebas

La buena noticia es que si los púlsares están detrás del exceso de luz, los telescopios más poderosos del futuro deberían poder detectar directamente a esas débiles estrellas giratorias. De hecho, los púlsares serían candidatos perfectos para la próxima generación de radiotelescopios como el MeerKAT, que se construye actualmente en Suráfrica, y el Square Kilometer Array (SKA), que abarca al MeerKAT, y que se pondrán en funcionamiento en África y Australia en 2020. “Si no los hallamos en los cinco o diez años subsecuentes, entonces la explicación de la materia oscura tomaría fuerza“, dice Weniger. “Esta es una situación de ganancia para todos. Pero hemos de ser pacientes”. 

Pero una explicación para la teoría de la materia oscura podría aparecer antes de eso. Si los WIMPs son responsables de ella, estas partículas podrían materializarse dentro de las colisiones que tienen lugar dentro del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que acaba de reiniciarse con energías aún más altas. Las llamadas búsquedas de detección directa también están a la caza de los WIMPs en experimentos subterráneos diseñados para sorprender a las elusivas partículas en el raro acto de interactuar con la materia regular. El hecho de que ni los aceleradores de partículas ni los detectores directos hayan visto aún partículas de materia oscura, ya constriñen los tipos de WIMPs que pueden existir. La astrofísica Francesca Calore de la Universidad de Amsterdam, y sus colegas, recientemente combinaron las restricciones teóricas de todas las búsquedas, con información del centro galáctico. Descubrieron que muchos modelos de WIMPs ya quedan excluidos, pero algunos otros aún son posibles. “Vimos que hay algunas regiones interesantes que pueden sondearse en las próximas tandas en el LHC, el año entrante”, dice Calore.

Otro ángulo para observar la hipótesis de la materia oscura es el de las galaxias enanas. Después de todo, si los WIMPs se están aniquilando a sí mismos en el centro de la Vía Láctea, también deben estar haciéndolo en los núcleos de otras galaxias. La señal sería demasiado débil para verla en las galaxias vecinas, pero sí debería aparecer dentro de las galaxias “enanas esferoides” que orbitan a la Vía Láctea y que son extremadamente densas en materia oscura. “Pero prácticamente no hay señal partiendo de las enanas“, dice Kevork Abazajian de la U.C. Irvine, haciendo notar que una entre alrededor de 30 enanas conocidas muestra apenas un asomo de exceso de radiación gamma. “La cuestión parece ser que las enanas son oscuras y su centro galáctico es luminoso“. Así pues, la falta de rayos gamma en las galaxias enanas parece arrojar grandes dudas sobre la explicación de la materia oscura como causante del resplandor de la Vía Láctea, según informan Abazajian y un colega en un artículo del mes pasado hallado en el servicio de artículos científicos no impresos arXiv.

Si las galaxias enanas, los aceleradores de partículas y los experimentos de detección directa siguen con las manos vacías durante los próximos años,  la plausibilidad de la explicación de los WIMPs para la materia oscura—y para el exceso de rayos gamma en el corazón de la Vía Láctea—se alejará cada vez más. Lo mismo sucede con la búsqueda de los púlsares en el centro galáctico. Pronto esas ideas deberán ser confirmadas o rechazadas.

“Siempre he temido que nunca hallaremos una señal que confirme la materia oscura en este exceso de luz, y que tampoco lo hagamos en observaciones astrofísicas de los púlsares“, dice Slatyer. “Para un científico, esa es una situación muy frustrante”. Afortunadamente, dice, esa eventualidad se ve cada vez menos posible.