El ochenta y cinco por ciento del universo está compuesto de materia oscura, pero no sabemos que exactamente, está.

Un nuevo estudio de la Universidad de Michigan, Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y Universidad de California, Berkeley ha descartado que la materia oscura sea responsable de misteriosas señales electromagnéticas previamente observadas en galaxias cercanas. Antes de este trabajo, había grandes esperanzas de que estas señales proporcionaran a los físicos pruebas sólidas para ayudar a identificar la materia oscura.

La materia oscura no se puede observar directamente porque no absorbe, reflejar o emitir luz, pero los investigadores saben que existe debido al efecto que tiene sobre otras materias. Necesitamos materia oscura para explicar las fuerzas gravitacionales que mantienen unidas a las galaxias, por ejemplo.

Los físicos han sugerido que la materia oscura es un pariente cercano del neutrino, llamado neutrino estéril. Los neutrinos, partículas subatómicas sin carga y que rara vez interactúan con la materia, se liberan durante las reacciones nucleares que tienen lugar dentro del sol. Tienen una pequeña cantidad de masa, pero esta masa no se explica por el Modelo Estándar de Física de Partículas. Los físicos sugieren que el neutrino estéril, una partícula hipotética, podría explicar esta masa y también ser materia oscura.

Los investigadores deberían poder detectar el neutrino estéril porque es inestable, dice Ben Safdi, coautor y profesor asistente de física en la U-M. Se descompone en neutrinos ordinarios y radiación electromagnética. Para detectar la materia oscura, luego, Los físicos escanean galaxias para buscar esta radiación electromagnética en forma de emisión de rayos X.

En 2014, un trabajo fundamental descubrió el exceso de emisión de rayos X de galaxias cercanas y cúmulos de galaxias. La emisión parecía ser consistente con la que surgiría de la materia oscura de neutrinos estériles en descomposición, Dijo Safdi.

Ahora, Un metaanálisis de datos brutos tomados por el telescopio espacial de rayos X XMM-Newton de objetos en la Vía Láctea durante un período de 20 años no ha encontrado evidencia de que el neutrino estéril sea lo que comprende la materia oscura. El equipo de investigación incluye al estudiante de doctorado de la UM Christopher Dessert y Nicholas Rodd, un físico del grupo de teoría del laboratorio de Berkley y del Centro de Física Teórica de Berkley. Sus resultados se publican en la revista Ciencias .

"Este documento de 2014 y los trabajos de seguimiento confirmaron que la señal generó una cantidad significativa de interés en las comunidades de la astrofísica y la física de partículas debido a la posibilidad de conocer, por primera vez, precisamente qué es la materia oscura a nivel microscópico, ", Dijo Safdi." Nuestro hallazgo no significa que la materia oscura no sea un neutrino estéril, pero significa que, contrariamente a lo que se afirmó en 2014, no hay evidencia experimental hasta la fecha que apunte a su existencia ".

Telescopios de rayos X basados ​​en el espacio, como el telescopio XMM-Newton, apunte a entornos ricos en materia oscura para buscar esta débil radiación electromagnética en forma de señales de rayos X. El descubrimiento de 2014 denominó la emisión de rayos X como la "línea de 3,5 keV" —keV significa kiloelectronvoltios— debido al lugar donde apareció la señal en los detectores de rayos X.

El equipo de investigación buscó esta línea en nuestra propia Vía Láctea utilizando 20 años de datos de archivo tomados por el telescopio espacial de rayos X XMM-Newton. Los físicos saben que la materia oscura se acumula alrededor de las galaxias, así que cuando los análisis previos observaron galaxias cercanas y cúmulos de galaxias, cada una de esas imágenes habría capturado alguna columna del halo de materia oscura de la Vía Láctea.

El equipo usó esas imágenes para observar la parte "más oscura" de la Vía Láctea. Esto mejoró significativamente la sensibilidad de análisis previos que buscaban materia oscura neutrino estéril, Dijo Safdi.

"Dondequiera que miremos, debería haber algún flujo de materia oscura del halo de la Vía Láctea, "dijo Rodd del Laboratorio de Berkeley, debido a la ubicación de nuestro sistema solar en la galaxia. "Aprovechamos el hecho de que vivimos en un halo de materia oscura" en el estudio.

Postre de Christopher, un coautor del estudio que es investigador en física y Ph.D. estudiante de la U-M, dichos cúmulos de galaxias donde se ha observado la línea de 3,5 keV también tienen grandes señales de fondo, que sirven como ruido en las observaciones y pueden dificultar la identificación de señales específicas que pueden estar asociadas con la materia oscura.

"La razón por la que estamos mirando a través del halo de materia oscura galáctica de nuestra galaxia, la Vía Láctea, es que el fondo es mucho más bajo, "Postre dijo.

Por ejemplo, XMM-Newton ha tomado imágenes de objetos aislados como estrellas individuales en la Vía Láctea. Los investigadores tomaron estas imágenes y enmascararon los objetos de interés original, dejando entornos prístinos y oscuros en los que buscar el brillo de la descomposición de la materia oscura. La combinación de 20 años de tales observaciones permitió una sonda de materia oscura neutrino estéril a niveles sin precedentes.

Si los neutrinos estériles fueran materia oscura, y si su desintegración condujo a una emisión de la línea de 3,5 keV, Safdi y sus colegas investigadores deberían haber observado esa línea en su análisis. Pero no encontraron evidencia de materia oscura de neutrinos estériles.

"Si bien este trabajo lo hace, Desafortunadamente, arrojar agua fría sobre lo que parecía lo que podría haber sido la primera evidencia de la naturaleza microscópica de la materia oscura, abre un enfoque completamente nuevo para buscar materia oscura que podría conducir a un descubrimiento en un futuro cercano, "Dijo Safdi.