El Telescopio Fermi registra las primeras señales directas de colisiones de materia oscura en la Vía Láctea

Los astrónomos de Universidade de Tóquio anunciaron la posible primera detección directa de materia oscura a través de Telescópio Espacial Fermi de Nasa. El equipo identificó un exceso de rayos gamma provenientes del centro de Via Láctea que puede explicarse por la aniquilación de partículas de materia oscura. El estudio fue publicado esta semana en Journal de Cosmology y Astroparticle Physics.

Las señales se obtuvieron después de filtrar todas las fuentes conocidas de radiación gamma en la región observada. El mapa resultante muestra una distribución compatible con el halo de materia oscura predicho por los modelos cosmológicos actuales.

La investigación fue dirigida por el profesor Tomonori Totani y utilizó 15 años de datos recopilados por Fermi Large Area Telescope.

Cómo se hizo la detección

Los investigadores eliminaron todas las emisiones conocidas del mapa de rayos gamma, incluidos los púlsares, los restos de supernovas y el disco galáctico.

Lo que quedó fue una señal difusa con un pico hacia el centro de Via Láctea y una extensión de unos 100 grados. El patrón Esse coincide con la distribución esperada del halo de materia oscura que rodea la galaxia.

Características de la señal observada.

El exceso de rayos gamma tiene energías entre 1 GeV y 1 TeV. La intensidad es mayor en el centro galáctico y disminuye gradualmente con la distancia. El perfil sigue la llamada distribución NFW, predicha para los halos de materia oscura formados por el colapso gravitacional. La masa de la partícula candidata está entre 30 y 70 GeV, según los cálculos del equipo.

Hipótesis de aniquilación de partículas

La explicación más probable, según los autores, es la aniquilación mutua de partículas de materia oscura del tipo WIMP (partícula masiva de interacción débil). Quando dos WIMP chocan y se convierten en pares de rayos gamma de alta energía.

Este proceso ocurre de forma continua en el halo galáctico, donde la densidad de estas partículas es mayor. La tasa de aniquilación depende del cuadrado de la densidad local, lo que explica el brillo más intenso observado hacia el centro de Via Láctea.

Aún no se han descartado por completo otras posibilidades, como púlsares no identificados o procesos astrofísicos desconocidos.

Próximos pasos de la investigación

La comunidad científica ahora realiza análisis independientes de los mismos datos de Fermi para confirmar o refutar la interpretación. Observatórios al igual que el CTA (Cherenkov Telescope Array), en construcción, tendrá mayor sensibilidad para verificar la señal a energías más altas.

Si se confirma, el descubrimiento representará la primera evidencia directa de una partícula más allá del Modelo Padrão de la física. Los datos también podrán limitar los parámetros de masa y sección transversal de los candidatos a materia oscura.

Importancia de la materia oscura en cosmología

La materia oscura representa aproximadamente el 27% de la densidad energética total del universo, según mediciones del satélite Planck. La presencia de Sua se infiere por los efectos gravitacionales sobre galaxias y cúmulos, además de las fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas.

Aunque detectado indirectamente desde la década de 1930 por Fritz Zwicky, nunca había sido observado a través de una interacción que no fuera gravitacional hasta el presente estudio.

La identificación directa allanaría el camino para experimentos en aceleradores y detectores subterráneos que busquen las mismas partículas.

Datos técnicos de observación.

• Período analizado: 2008 a 2023 (15 años de operación de Fermi)
• Región observada: ±50 grados en longitud galáctica y |b| < 20 grados de latitud
• Energía del fotón: 0,3 GeV a 1 TeV
• Importancia estadística del exceso: mayor que 10 sigma después de restar de fuentes conocidas