La materia oscura puede ser más fácil de detectar de lo que se pensaba

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Mapas de todo el cielo simulados sobre el brillo de superficie de la aniquilación Sommerfeld mejorada: En (A), no hay mejora Sommerfeld, mientras que en (B) y (C), la mejora aumenta. Crédito de la imagen: Kuhlen, Madau, and Silk.

La Vía Láctea, como muchas otras galaxias, se cree que está embebida en cantidades masivas de materia oscura que libera rayos gamma y otras emisiones. Aunque al principio estas emisiones parecían demasiado débiles para detectarse, recientes observaciones han demostrado que pueden ser más fuertes de lo que se pensaba. En un reciente estudio, los científicos han desarrollado un modelo que predice que los rayos gamma de cientos de cúmulos de materia oscura deberían ser detectables por el satélite Fermi, lanzado en junio de 2008.

En su estudio publicado en un reciente ejemplar de Science Express, Michael Kuhlen del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Piero Madau de la Universidad de California en Santa Cruz, y Joseph Silk de la Universidad de Oxford han investigado cómo la luminosidad de las aniquilaciones de la materia oscura fría pueden mejorarse varios órdenes de magnitud mediante el efecto Sommerfeld. Aunque cálculos anteriores han demostrado que sólo un puñado de los halos más masivos de materia oscura emitiría rayos gamma detectables por satélites, teniendo en cuenta el efecto Sommerfeld sugiere lo contrario.

“La aniquilación es un proceso mecánico-cuántico que ocurre siempre que una partícula y una antipartícula colisionan”, dijo Kuhlen a PhysOrg.com. “En muchos modelos prometedores de física de partículas la partícula de materia oscura es su propia antipartícula. En tal caso sólo necesita tener densidades lo bastante altas de partículas de materia oscura para tener una posibilidad razonable de colisionar entre sí y por tanto de aniquilarse. Resulta que las densidades de materia oscura predichas en los centros de los subhalos son lo bastante altas para que tengan lugar un número de eventos de aniquilación lo bastante grande como para que Fermi tenga una posibilidad de detectar la radiación resultante. Especialmente si el efecto Sommerfeld es importante”.

Como explican los investigadores, el efecto Sommerfeld es el resultado de una fuerza atractiva de largo alcance entre las partículas de materia oscura que incrementa de forma efectiva el índice de aniquilación de materia oscura. Cuando se analizaron los resultados experimentales de otros satélites, los investigadores descubrieron una cantidad sorprendentemente alta de emisiones de electrones y antimateria. El efecto Sommerfeld, sugieren, podría explicar estas desconcertantes señales.

Para explorar esta posibilidad los investigadores aplicaron la corrección Sommerfeld a simulaciones que usan más de mil millones de partículas para modelar la formación de un halo de materia oscura del tamaño de la Vía Láctea. Encontraron que, tras las correcciones aplicadas, los subhalos menores (e incluso los “subcúmulos menores) son mucho más claramente visibles que en las predicciones anteriores. Cuando se compara con los fondos esperados, los investigadores predicen que, incluso en casos conservadores, deberían descubrirse diez o más subhalos tras cinco años de búsqueda con el satélite Fermi. También predicen que Fermi debería ser capaz de detectar algunos de estos subhalos en su primer año de observación, una predicción que pronto se comprobará.

Si los investigadores están en lo cierto, las detecciones de materia oscura podrían abrir la puerta a interesantes posibilidades tales como interacciones de materia oscura no gravitatorias y nueva física de partículas.

“Sería una espectacular confirmación de la partícula natural de materia oscura [si el satélite Fermi detecta la aniquilación de materia oscura]”, dijo Kuhlen. “Ciertamente daría a alguien del equipo de Fermi el Premio Nobel. No olvides que no tenemos pruebas directas de la materia oscura. Durante los últimos 70-80 años, los astrónomos han acumulado numerosas pruebas observaciones independientes para su existencia, y la teoría de la física de partículas proporciona muchas partículas como candidatas plausibles. Como resultado, la materia oscura es una parte firme del paradigma estándar de la formación de la estructura cosmológica. No obstante, sería genial lograr alguna confirmación más directa de esta hipótesis. Detectar los productos de la aniquilación de materia oscura proporcionaría tal prueba. Además arrojaría luz sobre la naturaleza de la partícula de materia oscura: su masa y aniquilación transversal, por ejemplo”.


Más información: Michael Kuhlen, Piero Madau, Joseph Silk. “Exploring Dark Matter with Milky Way Substructure.” Science Express. 10.1126/science.1174881.

Autor: Lisa Zyga
Fecha Original: 10 de agosto de 2009
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