Una nueva evidencia de la existencia de la “materia oscura” en el universo puede ayudar a resolver uno de los mayores misterios de la ciencia moderna.
La investigación publicada por el Prof. Rennan Barkana, astrofísico de la Universidad de Tel Aviv, proporciona nueva información sobre las posibles características de uno de los pilares fundamentales del universo, pero poco comprendido.
El movimiento de las galaxias a través del espacio no puede ser explicado por partículas y fuerzas que podemos observar y comprender. La teoría ahora es que el comportamiento del universo puede explicarse por el 4.9 por ciento de materia y energía que conocemos, alrededor de 26 por ciento de materia que no conocemos – “materia oscura” y 69 por ciento de energía que no conocemos – “energía oscura”.
En un artículo que Barkana publicó en la prestigiosa revista Nature explica cómo un equipo de astrónomos, dirigido por el profesor Judd Bowman de la Universidad Estatal de Arizona, se topó inesperadamente con la materia oscura al usar señales de ondas de radio cósmicas en un intento de detectar las primeras estrellas en el universo.
La señal de radio, registrada con el novedoso radiotelescopio EDGES en Australia, es una prueba de las interacciones entre la materia normal y la materia oscura en el universo temprano, sugiere Barkana, que dirige el departamento de astrofísica de la Universidad de Tel Aviv.
El descubrimiento es la primera prueba directa de la existencia de materia oscura, y muestra que está compuesta por partículas de baja masa y puede interactuar con otras formas de materia. La señal de radio data de 180 millones de años después del Big Bang que creó nuestro universo, ocurrido hace unos 13.700 millones de años.
“Sabemos bastante sobre los elementos químicos que componen la Tierra, el sol y otras estrellas”, dice Barkana, “pero la mayor parte de la materia en el universo es invisible y se conoce como ‘materia oscura’. La existencia de materia oscura se deduce de su fuerte gravedad, pero no tenemos idea de qué tipo de sustancia es. Por lo tanto, la materia oscura sigue siendo uno de los mayores misterios de la física”.
Los resultados son muy preliminares y requieren muchos años más de trabajo de seguimiento, pero si lo hacen, cambiarán la comprensión científica de la materia oscura y el universo y conducirán a nuevas direcciones en la investigación científica.
Los científicos han estado buscando pistas sobre la materia oscura desde la década de 1970, pero no encontraron ninguna prueba de su existencia, hasta ahora. Se pensaba que la materia oscura no interactuaba con partículas y materiales conocidos, incluida la luz. Pero la materia oscura no se puede ver directamente, al igual que el mundo físico que nos rodea, incluidas las partículas subatómicas y los átomos, así como las estrellas y las galaxias. De acuerdo con sus teorías y cálculos, los astrónomos concluyeron que materiales adicionales e invisibles deben formar una gran parte de nuestro universo y esto debe ser materia oscura.
Bowman y sus colegas detectaron una señal de onda de radio a una frecuencia de 78 megahercios, lo que fue en gran parte consistente con las expectativas. Pero también encontraron que era mucho más fuerte de lo predicho, lo que indica que el gas primordial estaba más frío de lo esperado, alrededor de -263 grados, o alrededor de 10 grados Celsius sobre el cero absoluto.
La contribución de Barkana fue proponer que el gas se enfrió mediante la interacción del hidrógeno con la materia fría y oscura mucho antes de que se formaran las primeras estrellas. Él sostiene que esta absorción puede explicarse por la “combinación de radiación de las primeras estrellas y el enfriamiento excesivo del gas cósmico inducido por su interacción con la materia oscura”.
Esta es la primera evidencia concreta de la existencia de materia oscura: “Una vez que se formaron las estrellas en el universo primitivo, se pronosticaba que su luz había penetrado en el gas de hidrógeno primordial, alterando su estructura interna”, dice Barkana. “Esto provocaría que el gas de hidrógeno absorba fotones del fondo de microondas cósmico, a una longitud de onda específica de 21 centímetros, imprimiendo una firma en el espectro de radio que debería ser observable hoy a frecuencias de radio por debajo de 200 megahercios. La observación coincide con esta predicción a excepción de la profundidad inesperada de la absorción”.
Los físicos esperaban que tales partículas de materia oscura fueran pesadas, pero el descubrimiento indica partículas de baja masa. Basado en la señal de radio, Barkana argumenta que la partícula de materia oscura no es más pesada que varias masas de protones. “Esta idea por sí sola tiene el potencial de reorientar la búsqueda de la materia oscura”, afirmó.
En su artículo en Nature, titulado “Posible interacción entre bariones y partículas de materia oscura reveladas por las primeras estrellas”, Barkana sugiere que la materia oscura produjo un patrón muy específico de ondas de radio que pueden detectarse con una gran variedad de antenas de radio.