Los rayos gamma, la luz más brillante y poderosa del universo, surcan el cielo invisible para los ojos humanos. Estas explosiones de radiación excepcionalmente enérgicas salen de las explosiones de supernovas, brillan de las estrellas de neutrones en colisión y salen de los agujeros negros más hambrientos.
Cuando los astrónomos pueden atraparlos con telescopios de rayos gamma, estos fuegos artificiales invisibles apuntan hacia algunas de las estructuras más explosivas del universo. Ahora, un equipo internacional de investigadores espera que esos rayos todopoderosos también puedan conducir a algo mucho más extraño y más esquivo: la sustancia invisible conocida como materia oscura.
En un nuevo estudio aceptado para su publicación en la revista Physical Review Letters, y detallado en la base de datos de preimpresión arXiv, los investigadores analizaron lo que llaman el "fondo de rayos gamma no resuelto", es decir, todos los débiles y misteriosos rayos gamma señales que quedan después de que se tengan en cuenta fuentes conocidas como agujeros negros y supernovas. Cuando el equipo comparó un mapa de rayos gamma no resueltos con un mapa de densidad de materia en la misma sección del universo, descubrieron que los rayos se alineaban precisamente con áreas gravitacionalmente masivas donde se predice que la materia oscura se esconde.
Según el coautor del estudio, Daniel Gruen, esta correlación sugiere que la materia oscura puede ser en gran parte responsable del tenue fondo de rayos gamma del universo. Si ese es el caso, podría dar a los astrónomos algunas pistas vitales sobre las propiedades de la misteriosa sustancia.
"La materia oscura podría descomponerse como un núcleo radiactivo, produciendo rayos gamma como lo hace", dijo a Live Science Gruen, astrofísico del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de la Universidad de Stanford en California. "O quizás múltiples partículas de materia oscura están colisionando, produciendo rayos gamma a medida que interactúan".
Ondas en la oscuridad
Se cree que la materia oscura representa aproximadamente el 85% de la masa del universo, aunque los investigadores aún no están seguros de qué o dónde está. Totalmente invisible para los instrumentos científicos modernos, el material nunca se ha detectado con éxito.
"Sin embargo, conocemos algunas de las propiedades de la materia oscura", dijo Gruen. "Sabemos que es muy común, y sabemos que tiene una masa que interactúa gravitacionalmente con otra masa".
En otras palabras, aunque la materia oscura es invisible, tiene un impacto visible en el universo a través de su poderosa gravedad. Uno de esos impactos se conoce como lente gravitacional, esencialmente, cómo la luz de las galaxias distantes se deforma por la gravedad de los objetos masivos que pasa en su camino hacia la Tierra.
Para el nuevo estudio, los investigadores observaron un mapa de lentes gravitacionales en un fragmento particular del universo, compilado por un proyecto llamado Dark Energy Survey (DES). Montada en un telescopio gigante en Chile, la cámara dedicada de la encuesta pasó un año capturando imágenes de alta definición de cientos de millones de galaxias, centrándose en dónde la luz distante es más deformada por focos de gravedad intensa. Mientras que algunas de las regiones más masivas en el mapa resultante corresponden a galaxias conocidas, otros bolsillos fuertes probablemente muestran la influencia oculta de la materia oscura en el trabajo, dijo Gruen.
Para comprender mejor cómo podría ser esa influencia, los investigadores compararon este mapa de masa con un mapa de emisiones de rayos gamma detectados en la misma región por el telescopio de rayos gamma Fermi de la NASA en los últimos nueve años. Utilizando un modelo matemático, el equipo eliminó toda la radiación que podría estar definitivamente vinculada a fuentes "mundanas" como los agujeros negros y las supernovas, en función de su producción de energía, distancia y otros factores.
Ahora, solo con las misteriosas fuentes de rayos gamma "no resueltas", el equipo comparó ambos mapas. Vieron una superposición clara entre regiones de alta radiación de rayos gamma y regiones con mucha masa.
"Este es el primer estudio en el que hemos estado seguros de que, donde hay muchos rayos gamma, también hay mucha materia oscura", dijo Gruen.
Si la materia oscura realmente está emitiendo rayos gamma, eso podría reducir seriamente cómo se detecta y de qué está hecho. Sin embargo, todavía es posible que el tenue fondo de rayos gamma en el mapa de Fermi no tenga nada que ver con la materia oscura, dijo Gruen. El modelo matemático que los investigadores utilizaron para eliminar esas fuentes "mundanas" de emisiones de rayos gamma (como los agujeros negros) se basa en algunas suposiciones sobre las propiedades de esos objetos. Si esas suposiciones son incorrectas, los agujeros negros distantes podrían ser responsables de mucho más del misterioso fondo de rayos gamma de lo que explicaban los investigadores.
"Tal vez ese modelo está incompleto, y tal vez en realidad estamos aprendiendo algo sobre estos agujeros negros que emiten rayos gamma", dijo Gruen. "Quizás, estos agujeros negros viven en galaxias más masivas de lo que pensábamos".
Más datos sobre los rayos gamma y las lentes gravitacionales ayudarán al equipo a perfeccionar su modelo e interpretar mejor sus mapas del universo. Desde la conclusión del estudio, el DES ha recopilado seis veces más información sobre la distribución de masa del universo, y el satélite FERMI sigue siendo uno de los muchos telescopios que siguen las explosiones de rayos gamma. Un estudio de seguimiento que muestra resultados aún más claros debería seguir en los próximos años, dijo Gruen.
