- Un nuevo estudio liderado por investigadores del IFT y la UAM es el primero en proponer la búsqueda de señales de materia oscura en corrientes estelares provenientes de galaxias enanas.
- El objetivo es detectar rayos gamma originados en aniquilaciones de WIMPs, unas partículas hipotéticas extremadamente difíciles de detectar y que constituyen el candidato más prometedor a formar la materia oscura.
- El telescopio Fermi-LAT de rayos gamma a bordo del satélite Fermi de la NASA es el instrumento clave para realizar estas mediciones.
Madrid, 3 de marzo de 2025.- Uno de los mayores misterios y retos de la física moderna consiste en desvelar la naturaleza de la materia oscura, que recibe este nombre porque no emite ni absorbe luz, y solo podemos inferirla por su influencia gravitatoria en los objetos visibles que la rodean. Pese a no haber sido aún detectada, existen numerosas evidencias que sugieren su presencia en el universo, dando cuenta del 85% de la materia total (sólo el 15% restante es la materia que constituye todo lo que podemos ver). Ahora, un reciente trabajo, liderado y enteramente desarrollado por investigadores del Instituto de Física Teórica (IFT UAM-CSIC) y del departamento de Física Teórica de la Universidad Autónoma de Madrid, propone las corrientes estelares como una nueva y prometedora herramienta para detectar la materia oscura. Estas corrientes son agrupaciones tubulares de estrellas que se mueven conjuntamente, como “ríos de estrellas” que discurren a través de galaxias como la nuestra.
Concretamente, en este estudio se pretende usar las corrientes estelares para detectar interacciones provenientes de uno de los candidatos favoritos para explicar la materia oscura: los WIMPs (en inglés Weakly Interacting Massive Particles). Científicos de todo el mundo llevan casi un siglo tratando de descubrir esta enigmática forma de materia y, de entre todas las teorías y candidatos propuestos para dar cuenta de ella, los WIMPs constituyen uno de los mejor motivados y más estudiados en las últimas décadas.
Los WIMPs son partículas hipotéticas muy pesadas que, además de experimentar la fuerza de la gravedad, pueden experimentar la fuerza débil (una de las cuatro interacciones fundamentales conocidas entre partículas subatómicas, responsable de algunos procesos de radiactividad). Se trata de partículas extremadamente difíciles de detectar, siendo su detección indirecta una de las más prometedoras. Dicha técnica consiste en captar los productos de sus interacciones, pues los WIMPs pueden decaer o aniquilarse entre ellos cuando se encuentran, dando lugar a otras partículas que sí podemos detectar, como los rayos gamma, la forma de luz más energética que existe.
Actualmente, se buscan señales de materia oscura en forma de rayos gamma en aquellas regiones donde esperamos tener mayores concentraciones de la misma (el centro de nuestra galaxia, cúmulos de galaxias en el universo cercano, pequeñas galaxias satélites de nuestra propia galaxia…).
Este innovador estudio, publicado en arXiv:2502.15656v1, propone buscar señales de rayos gamma provenientes de aniquilaciones de WIMPs en el centro de corrientes estelares originadas a partir de galaxias enanas, siendo la primera vez que se utiliza este enfoque para la detección de materia oscura.
Corrientes de estrellas originadas a partir de galaxias enanas
Las corrientes estelares se forman cuando una galaxia, como la Vía Láctea, desgarra gravitacionalmente un cúmulo globular o una galaxia enana que se encuentra orbitando en torno a su centro. Como resultado de las intensas fuerzas de marea, el objeto se convierte en una estructura estelar alargada, de apariencia tubular, que va perdiendo masa a medida que sigue orbitando, hasta que puede incluso deshacerse completamente en una escala de varios cientos a miles de millones de años.
El estudio se centra en las corrientes estelares originadas a partir de galaxias enanas satélites de la Vía Láctea, que son los objetos astrofísicos conocidos más dominados por materia oscura. En concreto, se espera que una cantidad significativa de materia oscura haya sobrevivido en el centro de estos objetos al proceso de estiramiento y pérdida de masa que ocurre al ser atrapadas por nuestra galaxia y evolucionar bajo las intensas fuerzas de marea resultantes.
El Telescopio Fermi-LAT, una herramienta clave
Para buscar señales de materia oscura en forma de rayos gamma provenientes de aniquilaciones de WIMPs en el centro de estas corrientes estelares, el equipo ha utilizado el Telescopio de Gran Área (LAT, del inglés) a bordo del satélite Fermi de la NASA.
Los autores han analizado los datos recogidos por el telescopio en dirección de una muestra de corrientes estelares, que fueron específicamente seleccionadas para esta investigación atendiendo a sus propiedades conocidas. Aunque el análisis de los datos no revela una señal significativa proveniente de estos objetos, sí permite establecer cotas competitivas sobre la masa y la tasa de interacción de la materia oscura. En palabras de Cristina Fernández-Suárez, estudiante de doctorado y autora principal del estudio: “Incluso no detectar ninguna señal nos acerca un poco más a descubrir qué es la materia oscura, pues nos ayuda a descartar lo que no es.”
El coautor de este trabajo es el Dr. Miguel A. Sánchez-Conde, Coordinador Científico de toda la colaboración Fermi-LAT en el presente: “Durante sus más de 16 años de funcionamiento, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi-LAT ha revolucionado el campo de la astrofísica de altas energías, abriéndonos una nueva ventana de exploración al universo más violento y mejorando nuestra comprensión sobre el mismo. Este estudio demuestra una vez más su potencial para liderar las búsquedas de materia oscura en la actualidad”, argumenta Sánchez-Conde.
Este estudio constituye el primer trabajo en el que se buscan señales de materia oscura en forma de rayos gamma en corrientes estelares, demostrando su viabilidad como objetivos competitivos para la búsqueda de materia oscura, así como su complementariedad con otros objetos astrofísicos tradicionalmente utilizados para dichas búsquedas.