Crédito:NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Kevin M. Gill
Entonces quieres encontrar materia oscura pero no sabes dónde buscar. ¡Un planeta gigante podría ser exactamente el tipo de detector de partículas que necesita! Afortunadamente, nuestro sistema solar tiene un par de ellos disponibles, y el más grande y cercano es Júpiter. Los investigadores Rebecca Leane (Stanford) y Tim Linden (Estocolmo) publicaron un artículo esta semana que describe cómo el gigante gaseoso podría ser la clave para encontrar la elusiva materia oscura.
La naturaleza de la materia oscura es uno de los mayores misterios en curso de la física en este momento. Interactúa gravitacionalmente, podemos ver que mantiene unidas a las galaxias que de otro modo se separarían, pero no parece interactuar con la materia normal de otras formas.
Las teorías más populares postulan que la materia oscura es algún tipo de partícula que es demasiado pequeña o que interactúa demasiado débilmente para ser observada fácilmente. Se han preparado aceleradores de partículas y experimentos de colisionadores para aplastar las partículas subatómicas; Los investigadores esperan ver que faltan cantidades inesperadas de energía en la colisión resultante, lo que sugeriría alguna partícula desconocida, posiblemente materia oscura, está escapando del detector. Hasta aquí, sin suerte.
Pero la materia oscura también debería estar en la naturaleza, y podría ser capturado gravitacionalmente por objetos con grandes pozos de gravedad, como la tierra el sol y Júpiter. Tiempo extraordinario, la materia oscura podría acumularse dentro de un planeta o estrella hasta que haya suficiente densidad para que una partícula de materia oscura pueda golpear a otra, aniquilando a ambos. Incluso si no podemos ver la materia oscura en sí, deberíamos poder ver los resultados de tal colisión. Produciría radiación de alta energía en forma de rayos gamma.
El telescopio espacial de rayos gamma Fermi. Crédito:NASA
Ingrese al telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, lanzado en 2008 en un cohete Delta II. Ha estado examinando el cielo en busca de fuentes de rayos gamma durante más de una década. Los investigadores Leane y Linden usaron el telescopio para mirar a Júpiter, y produjo el primer análisis de la actividad de rayos gamma del planeta gigante. Esperaban ver evidencia de un exceso de rayos gamma creados por la aniquilación de materia oscura dentro de Júpiter.
Como explica Leane, El tamaño y la temperatura de Júpiter lo convierten en un detector de materia oscura ideal. "Debido a que Júpiter tiene una gran superficie en comparación con otros planetas del sistema solar, puede capturar más materia oscura ... Entonces podría preguntarse por qué no usar el sol aún más grande (y muy cercano). Bien, la segunda ventaja es que debido a que Júpiter tiene un núcleo más frío que el sol, da a las partículas de materia oscura menos impacto térmico. Esto, en parte, puede evitar que la materia oscura más clara se evapore de Júpiter, que se habría evaporado del sol ".
El estudio inicial de Leane y Linden sobre Júpiter aún no ha encontrado materia oscura. Sin embargo, hubo un tentador exceso de rayos gamma a bajos niveles de energía, que va a requerir mejores herramientas para estudiar adecuadamente. "Realmente estamos estirando los límites de Fermi para analizar gammas de baja energía, "dijo Leane." Mirando hacia adelante, Será interesante ver si los próximos telescopios de rayos gamma MeV como AMEGO y e-ASTROGAM encuentran rayos gamma jovianos, especialmente en el extremo inferior de nuestro análisis, donde la actuación de Fermi sufre. Quizás Júpiter todavía tenga algunos secretos que compartir ".
Tanto los telescopios AMEGO como e-ASTROGRAM todavía se encuentran en la etapa de concepto, pero pueden ser solo las herramientas necesarias para encontrar la materia oscura, y Júpiter podría ser el objeto de destino en el que encontrarlo.
La parte superior izquierda muestra los recuentos de rayos gamma en una región de 45 grados alrededor de Júpiter. La parte superior derecha muestra la misma parte del cielo cuando Júpiter no está allí (el fondo). La parte inferior izquierda muestra los recuentos de rayos gamma que quedan cuando se resta el fondo. Abajo a la derecha se muestra el tamaño y la posición de Júpiter desde el Telescopio Fermi. Si hubiera un exceso de rayos gamma, el mapa de la parte inferior izquierda debería haberse iluminado en la posición de Júpiter. A estos niveles de energía, no lo hizo, aunque lo hizo a niveles de energía más bajos, lo que provocó la necesidad de realizar más observaciones con nuevos telescopios. Crédito:Rebecca Leane y Tim Linden
Leane y otro colega, Juri Smirnov (estado de Ohio), Piensan que una técnica similar también podría usarse para buscar materia oscura en exoplanetas similares a Júpiter o estrellas enanas marrones frías.
Exoplanetas y enanas marrones más cerca del centro de la galaxia, donde hay mayores densidades de materia oscura, debería aparecer más caliente en infrarrojo que los planetas y las estrellas más alejadas, debido a la aniquilación más frecuente de materia oscura en sus núcleos. El telescopio espacial James Webb podría proporcionar un estudio infrarrojo de suficientes planetas para corroborar esta teoría.
Si encontramos evidencia de materia oscura en un exoplaneta, o en nuestro propio gigante de gas cerca de casa, tal descubrimiento marcaría un gran paso adelante en nuestro modelo del universo. No hay garantía de ninguno pero sin duda vale la pena echarle un vistazo y ahora mismo se están sentando las bases para la búsqueda.
