Una fuente misteriosa de rayos X apunta hacia la Materia Oscura

Representación artística del Cúmulo de galaxias de Perseo. Crédito: Chandra: NASA/CXC/SAO/E.Bulbul; XMM: ESA.

Gracias a los observatorios de alta energía de la ESA y de la NASA, los astrónomos han descubierto una tentadora pista que apunta a uno de los ingredientes más escurridizos de nuestro Universo: la materia oscura.

Aunque se cree que es invisible, ya que no emite ni absorbe luz, la materia oscura puede ser detectada a través de su influencia gravitatoria sobre los movimientos y el aspecto de otros objetos en el Universo, tales como estrellas o galaxias.

Basándose en estas medidas indirectas, los astrónomos creen que la materia oscura es el tipo dominante de materia en el Universo – sin embargo, sigue sin estar claro cuál es su naturaleza.

Ahora se cree que se ha encontrado una pista estudiando los cúmulos de galaxias, o sea, las mayores estructuras cósmicas de materia unidas por la gravedad.

Los cúmulos de galaxias no sólo contienen cientos de galaxias, sino que también contienen una gran cantidad de gas caliente que llena el espacio entre ellas.

Sin embargo, la medición de la influencia gravitatoria de estas agrupaciones muestra que las galaxias y el gas representan sólo una quinta parte de la masa total – el resto se cree que es materia oscura.

El gas, principalmente hidrógeno, está a más de 10 millones de grados centígrados, lo que provoca emisiones de rayos-X. Los rastros de otros elementos químicos contribuyen a las líneas adicionales de longitudes de onda específicas en su espectro.

Durante el análisis de los datos de 73 cúmulos, obtenidos con los telescopios XMM-Newton de la ESA y Chandra de la NASA, los astrónomos se tropezaron con una tenue línea intrigante en una longitud de onda específica, donde normalmente no debería haber nada.

Señal misteriosa en el cúmulo de galaxias Perseo. Crédito: NASA/CXC/SAO/E.Bulbul.

La Dr. Esra Bulbul del Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica en Cambridge, Massachusetts, EE.UU., y autora principal del artículo que presenta estos resultados, dijo: “Si esta extraña señal hubiera sido causada por un elemento químico conocido presente en el gas, debería haber dejado otras señales en otras longitudes de onda habituales del espectro EM en rayos X, pero no se registraron ninguna de ellas”.

“Así que tuvimos que buscar una explicación que va más allá del reino de la materia ordinaria”.

Los astrónomos sugieren que la emisión pudo haber sido creada por la descomposición de un tipo exótico de partícula subatómica conocida como “neutrino estéril”, la cual se predijo teóricamente, pero hasta ahora no se había detectado.

Los neutrinos ordinarios son partículas de masa muy baja que interactúan sólo en raras ocasiones con la materia a través de la llamada fuerza nuclear débil, así como a través de la gravedad. En cambio, se cree que los neutrinos estériles interactúan con la materia ordinaria sólo a través de la gravedad, por lo que son un posible candidato para la materia oscura.

La Dr. Bulbul dijo: “Si la interpretación de nuestras nuevas observaciones es correcta, al menos parte de la materia oscura en los cúmulos de galaxias podría estar formada por neutrinos estériles”.

Los cúmulos de galaxias estudiados se encuentran a una distancia de entre cien millones de años luz a un par de millones de años luz. La misteriosa y débil señal fue descubierta por la combinación de múltiples observaciones de los cúmulos, así como en una imagen individual del cúmulo de Perseo, una enorme estructura en nuestro vecindario cósmico.

Las implicaciones de este descubrimiento pueden tener una gran repercusión, pero los investigadores están siendo cautelosos. Se necesitan más observaciones de cúmulos de galaxias con el XMM-Newton, el Chandra y otros telescopios de altas energías para poder confirmar si realmente existe una conexión con la materia oscura.

Norbert Schartel, científico del proyecto XMM-Newton de la ESA, comenta: “El descubrimiento de esta singular línea en el espectro de rayos X fue posible gracias al gran archivo de datos del XMM-Newton, y a su capacidad de recoger una gran cantidad de rayos X de diferentes longitudes de onda”.

“Sería muy emocionante confirmar que XMM-Newton nos ayudó a encontrar la primera señal directa de materia oscura”.

“Todavía falta mucho para llegar a ese punto, pero por el camino que vamos, estamos seguros de que vamos a aprender mucho sobre el contenido de nuestro extraño Universo”.

Fuente: ESA Space Science