Buscando materia oscura en el Sol

Los físicos han fracasado hasta la fecha a la hora de encontrar pruebas directas de la existencia de la materia oscura; la sustancia no luminosa que se cree representa alrededor del 23% del contenido del universo. Pero ahora físicos de Portugal y Reino Unido sugieren que tales pruebas no se pueden encontrar con las misma medidas de precisión que los neutrinos emitidos por el sol.

A pesar de que las observaciones astronómicas ofrecen pruebas indirectas de la existencia de la materia oscura, los experimentos en la Tierra todavía no han logrado de forma directa y definitiva halla una prueba de que  existe. Ilidio Lopes, de la Universidad Técnica de Lisboa y la Universidad de Évora en Portugal, junto con Joseph Silk, de la Universidad de Oxford, afirman que la prueba podría estar en el Sol. Esto se debe a que creen que, el enorme campo gravitatorio de nuestra estrella,  aspira partículas masivas de interacción débil (WIMPs), que son uno de los principales candidatos a ser la tan perseguida materia oscura.

Una vez atrapados en el interior del núcleo del Sol, los WIMPs chocan con los protones, liberando una cantidad débil de energía hacia el exterior y poco a poco eliminan el calor del centro de la estrella. Como tal, la distribución radial de temperatura a través del Sol sería diferente dependiendo de la ausencia o presencia de materia oscura.

El plan de la pareja de físicos para la identificación de esta distribución de temperaturas alteradas se basa en la detección de neutrinos que se generan por una serie de reacciones de fusión diferentes dentro del sol. El punto crucial es que las reacciones de diversa índole a diferentes distancias del centro del Sol, la reacción a la producción de boro-8, por ejemplo, tiene lugar a sólo el  4% del radio solar, mientras que la referida a la producción de nitrógeno-13 se produce en el 16% del radio solar. De la fuerza de estas reacciones depende en gran medida la temperatura, y esta dependencia varía de una reacción y, la presencia de materia oscura daría lugar a un cambio bien definido en los flujos relativos de los neutrinos producidos en las distintas reacciones. La detección de materia oscura, por tanto, se convierte en experimentación, creada para medir los flujos de neutrinos, y las reacciones de fusión que se distinguen sobre la base de los espectros de energía de los neutrinos distintivo en cada caso.

Los dos físicos usaron simulaciones por ordenador para calcular, teniendo en cuenta ciertas suposiciones sobre las propiedades de los WIMPs – incluyendo su masa, la fuerza de interacción con los bariones, y la probabilidad de aniquilación mutua – que la presencia de materia oscura en reacciones que generan boro -8, podría aumentar el flujo de neutrinos producidos, hasta en un 30% y disminuirá el flujo de la reacción protón-protón de base en torno al 2%. Estos resultados respaldan un análisis similar llevado a cabo a principios de este año por Marco Taoso de la Universidad de Valencia en España y otros, que usaron  supuestos teóricos y programas informáticos diferentes.

Lopes y Silk defienden que si tienen suerte y los WIMPs tienen las características que asumen en su análisis, el efecto de la materia oscura en la solidez de los flujos de neutrinos relativos sería  lo suficiente sorprendente para permitir una detección directa de materia oscura mejorando a los actuales detectores de neutrinos. Pero en cualquier caso, afirman que su estrategia podría reducir el número de candidatos partículas de materia oscura con las que juegan  físicos y cosmólogos.

Gianpaolo Bellini, portavoz del detector de neutrinos solares Borexino en el laboratorio del Gran Sasso en Italia, señala que las mediciones  y otros experimentos similares son consistentes con el actual modelo estándar solar, que no tiene en cuenta las posibles contribuciones de la materia oscura y, afirma que hay un margen importante de error entre las mediciones y el modelo, lo que podría dejar espacio para alguna variación en el flujo de neutrinos en la línea trazada por Lopes y Silk. Pero tendría que existir una presentación más detallada de su argumento antes de realmente juzgar la viabilidad de su enfoque.

Dave Wark, del Imperial College de Londres describe la investigación como “muy interesante”, pero está de acuerdo con Bellini que se necesita más información para hacer una crítica detallada. En particular, dice que aún es necesario establecer que toda la refrigeración solar aparente se deba a la materia oscura en vez de a malentendidos de las propiedades internas del sol. Y agrega que los cambios en los parámetros que rigen la oscilación de neutrinos también podría imitar u ocultar los efectos de la materia oscura.

El trabajo se describe publicado en línea en Sciencexpress.

Autor: Edwin Cartlidge.

Enlace original: Searching the Sun for dark matter.