La materia oscura es cada vez más desconcertante. Alrededor del mundo, Los físicos han estado tratando durante décadas de determinar la naturaleza de estas partículas de materia, que no emiten luz y, por lo tanto, son invisibles para el ojo humano. Su existencia se postuló en la década de 1930 para explicar ciertas observaciones astronómicas. Como materia visible, como el que forma las estrellas y la tierra, constituye solo el 5 por ciento del universo, Se ha propuesto que la materia oscura debe representar el 23 por ciento de lo que existe. Pero hasta la fecha y a pesar de una intensa investigación, ha resultado imposible identificar realmente las partículas involucradas. Investigadores de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) han presentado ahora una nueva teoría de la materia oscura, lo que implica que las partículas de materia oscura pueden ser muy diferentes de lo que se supone normalmente. En particular, su teoría involucra partículas de materia oscura que son extremadamente ligeras, casi cien veces más ligeras que los electrones, en marcado contraste con muchos modelos convencionales que involucran partículas de materia oscura muy pesadas en su lugar.

Según la teoría común, la materia oscura debe existir porque, de lo contrario, las estrellas no continuarían girando alrededor del centro de sus galaxias como lo hacen de hecho. Entre los candidatos particularmente favorecidos para la materia oscura se encuentran las llamadas partículas masivas de interacción débil, o WIMP. Los investigadores están buscando estos en el laboratorio subterráneo italiano Gran Sasso, por ejemplo. Pero las publicaciones científicas recientes en el campo de la física de astropartículas adoptan cada vez más la opinión de que es poco probable que los WIMP sean perspectivas viables cuando se trata de materia oscura. "Nosotros, también, actualmente están activamente en la búsqueda de posibles alternativas, ", dijo el profesor Joachim Kopp de la Universidad de Mainz.

El físico junto con sus colegas Vedran Brdar, Jia Liu, y Xiao-Ping Want, analizaron más de cerca los resultados de las observaciones realizadas por varios grupos independientes en 2014. Los grupos informaron la presencia de una línea espectral no detectada previamente, con una energía de 3,5 kiloelectrones voltios (keV), en luz de rayos X de galaxias distantes y cúmulos de galaxias. Esta inusual radiación de rayos X podría ofrecer una pista sobre la naturaleza de la materia oscura. Se ha señalado previamente que las partículas de materia oscura podrían descomponerse, emitiendo así rayos X. Sin embargo, El equipo de Joachim Kopp en el Clúster de Excelencia en Física de Precisión con sede en Mainz, Interacciones fundamentales y estructura de la materia (PRISMA) está adoptando otro enfoque.

Radiación de rayos X producida por la aniquilación de materia oscura.

Los investigadores de PRISMA proponen un escenario en el que chocan dos partículas de materia oscura, resultando en su aniquilación mutua. Esto es análogo a lo que sucede, por ejemplo, cuando un electrón se encuentra con su antipartícula, un positrón. "Se ha asumido durante mucho tiempo que no sería posible observar tal aniquilación de la materia oscura si estuviera hecha de partículas que la luz, ", explicó Kopp." Hemos sometido nuestro nuevo modelo a escrutinio y lo hemos comparado con datos experimentales, y todo encaja mucho mejor que en el caso de los modelos más antiguos ".

Según el modelo de Kopp, las partículas de materia oscura serían fermiones con una masa de solo unos pocos kiloelectrones voltios, frecuentemente llamados neutrinos estériles. Esta materia oscura liviana generalmente se considera problemática porque dificulta la explicación de cómo se pudieron haber formado las galaxias. "Hasta aquí, hemos podido hacer frente a estas preocupaciones, ", explicó Kopp." Nuestro modelo proporciona una salida elegante ". La suposición de que la aniquilación de la materia oscura es un proceso de dos pasos es de crucial importancia en este contexto:durante la etapa inicial del proceso, se forma un estado intermedio, que luego se desintegra en los fotones de rayos X observados. "Los resultados de nuestros cálculos muestran que la firma de rayos X resultante se correlaciona estrechamente con las observaciones y, por lo tanto, ofrece una explicación novedosa para estas, "añadió Kopp.

Al mismo tiempo, el nuevo modelo en sí es tan general que ofrecerá un interesante punto de partida para la búsqueda de materia oscura, incluso si resulta que la línea espectral descubierta en 2014 tiene un origen diferente. Los físicos teóricos y experimentales de JGU están trabajando actualmente en la misión propuesta de la ESA e-ASTROGRAM, que tiene como objetivo analizar la radiación de rayos X astrofísicos con una precisión nunca antes alcanzada.