¿Dónde se esconde la materia oscura?

A juzgar por lo que vemos del Universo a través de los telescopios tenemos que concluir que no entendemos nada de cómo actúa la gravedad más allá de nuestro Sistema Solar. Las estrellas giran más rápido de lo que debieran alrededor del centro de las galaxias de las que forman parte; las galaxias se mueven tan rápido en los cúmulos que deberían salir disparadas al espacio intergaláctico; la luz, al atravesar zonas de alta densidad de materia, se curva más de lo que deducimos a partir de la teoría de la relatividad general. 

 

Tampoco parece que entendamos la historia del Universo desde el Big Bang:  aparentemente hay mucho más deuterio primigenio y menos helio-4 del que correspondería a partir de la cantidad de materia que observamos; las fluctuaciones de temperatura en el fondo cósmico de microondas indican que las sobreconcentraciones de materia en el momento de la formación de los átomos son insuficientes para haber dado lugar a las galaxias que actualmente vemos. Es más, las estructuras que observamos a gran escala, con filamentos formados por galaxias y grandes regiones vacías, son irreproducibles en nuestras simulaciones por ordenador, que dan por buena la cantidad de materia bariónica (protones y neutrones) que observamos en el Universo primigenio. Y para acabar de estropearlo, ni siquiera la secuencia de formación de estructuras que pensamos que se produjo (primero las estrellas, luego las galaxias, después los cúmulos y supercúmulos de galaxias y finalmente los filamentos) puede ser explicada con los datos que tenemos del fondo cósmico de microondas.

 

Lo dicho: no entendemos nada.

A no ser que…

 

A no ser que supongamos que existe otro tipo de materia, además de la bariónica, que no interacciona apenas ni con ésta ni con la luz. A esa hipotética materia se la bautizó con el nombre de materia oscura (de ese bautismo hace ya ¡84 años!). La materia oscura actúa como el bálsamo de Fierabrás: prácticamente lo resuelve todo, o casi… pero hay un problema: la única evidencia que tenemos de su existencia es la que procede de todos los efectos gravitatorios que acabamos de describir.

 

No es extraño pues que la actividad investigadora para descubrir en qué consiste la materia oscura sea frenética. Una de las hipótesis más aceptadas es que pueda tratarse de nuevas partículas elementales aún no descubiertas. Entre ellas, cuentan con el especial favor de los físicos los llamados WIMPs (por las siglas en inglés de "partículas masivas que interaccionan débilmente"). Una forma de buscar estos WIMPs es tratando de producirlos en los aceleradores de partículas. También intentamos detectar aquellos que nos rodean cuando interaccionan con la materia normal, la llamada "detección directa". O, finalmente, buscamos los efectos que resultarían de su acumulación en el interior de grandes objetos celestes; allí la densidad de partículas de materia oscura sería suficiente para que se aniquilen y den lugar a partículas que sí podemos detectar.

 

Este último método es el que han empleado investigadores del IFIC utilizando los datos suministrados por el telescopio de neutrinos ANTARES. En un reciente artículo publicado en la revista Physics Letters B, investigadores del grupo de ANTARES/KM3NeT del IFIC han realizado una búsqueda de neutrinos energéticos procedentes del centro de la Vía Láctea… y no han encontrado ninguna señal.  Esto ha permitido imponer límites muy estrictos sobre la aniquilación de WIMPs en el centro de la Galaxia. El hecho de que ANTARES se sitúe en el hemisferio norte terrestre y, por tanto, pueda observar de forma óptima el hemisferio sur celeste, donde se encuentra el centro Galáctico, hace que los resultados sean muy competitivos, incluso mejores que los de su compañero IceCube, más grande y ubicado en el Polo Sur, y para el caso de WIMPs con masas muy grandes los límites de ANTARES son los mejores del mercado, por encima de los establecidos por los detectores de rayos gamma.

 

Este trabajo, junto con una búsqueda similar en el Sol, fue el objeto de investigación en la tesis doctoral de Christoph Tönnis, investigador predoctoral del Programa Santiago Grisolía de la Conselleria d'Educació, Investigació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana y que fue dirigida por Juan José Hernández Rey y Juan de Dios Zornoza Gómez, investigadores del IFIC.

 

“Results from the search for dark matter in the Milky Way with 9 years of data of the ANTARES neutrino telescope”, S. Adrián-Martínez et al. Phys.Lett. B769 (2017) 249–254arXiv:1612.04595

"Indirect search for dark matter in the Sun and the Galactic Centre with the ANTARES neutrino telescope", PhD dissertation by Christoph Tönnis.