¿Una señal de materia oscura en Fermi?

Artículo publicado por Jester el 17 de abril de 2012 en Résonaances

La búsqueda de materia oscura en los rayos cósmicos es una tarea digna de Sísifo. Una analogía sería buscar una nueva física en el LHC sin saber la función de distribución de partones dentro del protón. Aun así, recientemente hemos sido testigos de varios excesos astrofísicos (positrones en PAMELA, electrones en Fermi) que los teóricos de partículas han reconocido como “materia oscura” y los astrofísicos como “púlsares o alguna otra cosa”, ambos con argumentos igualmente sólidos. El sentimiento es que el descubrimiento inequívoco de materia oscura en rayos cósmicos es imposible, aunque perfectamente podríamos descubrir materia oscura mediante otros medios y luego usar la astrofísica para restringir sus propiedades.

Sin embargo, hay una excepción a esta regla. La tradición dice que sólo la materia oscura puede producir una línea de fotón monocromático; todos los fenómenos cósmicos estándar que conocemos producen un espectro continuo de fotones que normalmente pueden aproximarse bien mediante una ley exponencial. Por otra parte, la línea de rayos gamma puede producirse fácilmente mediante la aniquilación de partículas de materia oscura de escala débil en el centro galáctico. Actualmente, la velocidad media de las partículas de materia oscura de nuestra galaxia es aproximadamente 1/1000 la velocidad de la luz, por tanto están prácticamente en reposo desde el punto de vista de la cinemática relativista. Si dos partículas de materia oscura se encuentran y se aniquilan formando 2 fotones (o un fotón y una partícula neutra adicional) la conservación del momento implica que la energía de los fotones resultantes debe ser igual a la masa de la materia oscura. Por tanto una observación de una línea de rayo gamma desde el centro galáctico se consideraría como la pista decisiva de la presencia de materia oscura, y como bonus nos daría una estimación de la masa de la partícula de materia oscura.

Cielo en Rayos Gamma por Fermi © by NASA Goddard Photo and Video


Suena demasiado bien para ser cierto y, por supuesto, hay un truco. La materia oscura es… bueno… oscura, por lo que no se acopla directamente a fotones. En un modelo genérico de materia oscura, la aniquilación por pares en fotones es un proceso en bucle cuya tasa es órdenes de magnitud menor que la aniquilación en otras partículas en el Modelo Estándar. Esta última no produce una línea de fotón sino un espectro continuo (por ejemplo, la aniquilación en electrones produciría fotones a través de la desaceleración radiactiva del estado final). Por esta razón, un modelo aleatorio del zoológico no predice una línea de rayos gamma en un nivel observable, dadas las restricciones actuales sobre el flujo del continuo de rayos gamma. No obstante, existen un puñado de modelos donde la aniquilación por pares en fotones mejora por encima de la expectativa nula, y la línea resultante es potencialmente observable, ver ejemplos aquí o aquí.

El pasado viernes apareció un nuevo artículo en arXiv que afirma que la línea de rayos gamma ¡aparece en los datos recopilados durante los últimos 4 años por el satélite Fermi! La línea puede hallarse mediante un sofisticado análisis que selecciona la región del cielo con la proporción óptima de señal-ruido de fondo dependiendo del perfil de densidad supuesto para la materia oscura. Tal análisis revela un aumento sobre el continuo de rayos gamma cerca de los 130 GeV. Esto correspondería a una partícula de materia oscura con una masa de 130 GeV que se aniquila en 2 fotones (o una partícula de 145 GeV que se aniquila en un bosón γ+Z, o una partícula de 155 GeV que se aniquila en una γ+Higgs). El significado local del aumento es de 4,6 sigma, o 3.3 sigma después de que se tenga en cuenta en efecto de mirar en todos sitios. El mejor ajuste para la sección transversal está ligeramente por encima de 10-27 cm3/s, que es una sección transversal típica para los procesos de interacción débil, y aproximadamente 1/10 del total de aniquilación de la sección transversal esperada si la materia oscura es una reliquia térmica del Big Bang.

Debería apuntarse que el análisis no se ha realizado por la colaboración Fermi, sino por personas externas. Al contrario que en la física de partículas, los datos recopilados por los experimentos astrofísicos a menudo están disponibles de forma pública para cualquiera con suficiente habilidad y determinación. Desde luego, el análisis de personal externo tiene menos peso debido a que se requiere cierta información relevante para evaluar con precisión los errores sistemáticos, y esto sólo lo conocen los miembros de la colaboración. No obstante, en el pasado, al menos un descubrimiento en los datos de Fermi fue reclamado inicialmente en un análisis independiente y posteriormente confirmado y bendecido por la colaboración. En el caso que nos ocupa, los miembros de la colaboración admiten extraoficialmente que la línea está presente en sus datos, aunque con una menor significación estadística de lo que se afirma en el artículo.

Claramente, en este punto aún no podemos afirmar que se haya observado una señal de materia oscura. Pero el exceso parece lo bastante interesante como para echar un ojo a futuros desarrollos y esperar un comunicado oficial de la colaboración.


Autor: Jester
Fecha Original: 17 de abril de 2012
Enlace Original

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Comments (7)

  1. OzzyBulla

    Ojalá alguien pueda decirme donde es que estoy perdido. La materia oscura nace como un nombre para un valor complementario que permite explicar que las galaxias espirales no se desgarren y que la materia en el universo esté organizada en lo que llamamos malla cósmica; sin entrar a cuestionar la teoría gravitatoria convencional. Asumimos que hay mas materia que aquella que detectamos y, precisamente por ello, la llamamos “oscura”; pero no tenemos nada que nos pruebe su existencia y solo cumple la función, a mi entender, de poner un parche a nuestra incomprensión de la gravedad a escalas de masas galácticas y distancias del orden de los miles de años luz.
    Ahora bien: ¿que pasará el día que realmente se detecte la materia oscura? (y no me refiero a esto de atribuir a ella todo fenómeno del cual no conocemos su origen; lo que me parece es el caso de este artículo, ya que el origen de estos rayos gamma puede ser cualquiera, desde materia ordinaria aniquilada por colisiones a altas energías a refracción u otros fenómenos ópticos de segmentos parciales de gammas originados en un quasar o un GRB). Si ocurriera que por fin se detecta de manera probatoria la materia oscura, ese sería su último día ya que por definición dejaría de ser eso; materia oscura.

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  4. El comienzo del artículo que aquí comentamos, deja al descubirto algunas cuestiones que son interesantes:

    “La búsqueda de materia oscura en los rayos cósmicos es una tarea digna de Sísifo. Una analogía sería buscar una nueva física en el LHC sin saber la función de distribución de partones dentro del protón. Aun así, recientemente hemos sido testigos de varios excesos astrofísicos (positrones en PAMELA, electrones en Fermi) que los teóricos de partículas han reconocido como “materia oscura” y los astrofísicos como “púlsares o alguna otra cosa”, ambos con argumentos igualmente sólidos.”

    ¡Argumentos sólidos! ¿de qué”

    Hablamos y hablamos de “materia oscura” sin saber siquiera si esa hipotética materia existe, o, si en realidad existiera qué es, cómo está fortmada, cuál es su origen…Esta claro que la materia oscura es “un invento” que los cosmólogos hicieron para que les cuadraran las cuentas.

    Con la materia oscura ellos pueden explicar el por qué, las galaxias, se alejan las unas de las otras a mayor velocidad de lo que lo tendrían que hacer si, la materia existente en nuestro Universo, sólo fuera la Bariónica, y, por ello, se sacaron de la maga (como el predigitador) esa “materia oscura” que no podemos ver, no emite radiaciones, ni podemos dar una explicación consistente de lo que es.

    El Universo es muy vasto y, desde luego, guarda secretos que no hemos podido desvelar, y, cuestiones que parecen sencillas, como por ejemplo, la formación de las galaxias, no pueden ser explicadas. Nadie sabe dar una razón consistente de cómo se pudieron formar las galaxias a pesar de la expansión de Hubble.

    Un famoso Física Holandes, el mentor de Gerad ´t Hoff, decía: “La materia oscura no es más que una alfombra debajo de la cual, barremos nuestra ignorancia”. El hombre llevaba toda la razón.

    Es posible que el LHC nos pueda traer alguna pista sobre la existencia o no de la dichosa “materia oscura” si consiguen detectar la existencia de esas partículas supersimetricas de las que se supone está conformada la materia oscura.

    De todas las maneras, si miramos hacia atrás en el tiempo, podemos ver el enorme “cacao mental” que la hipotética materia ha llevado a muchos: Materia oscura fría, materia oscura caliente, que si agujeros negros, que no, que son los neutrinos que sí tienen masa…En fin, un galimatias del que sólo podremos salir cuando, de verdad, podamos acceder a ese conocimiento que nos diga si existe o no la “materia oscura”

    En algunas cosas andamos un poco perdidos: El Bosón de Higgs, Singularidad, Fluctuaciones de vacío, Multiversos, Teoría del Todo, incluso de la vida, o, del Tiempo, no podemos dar una explicación autosuficiente que nos diga lo que son.

    En fin, seguiremos aprendiendo.

  5. Tom Wood

    No es que no pueda existir “materia oscura”, Big Bang, el Higgs, las cuerdas,….; no, ese no es el problema que me preocupa. Es problema es el uso y el abuso que se esta haciendo de esas suposiciones. El problema es al nivel que se esta haciendo ese abuso, y el prestigio de quienes lo esta haciendo. Eso esta confundiendo a muchos, esta deformando al joven científico, a la sociedad amante de las ciencias. Al punto que mandas un articulo mas real, mas terrestre y demoran en pasártelo. Pero si ese mismo articulo, lo engrasas con estas cosas oscuras, lo pasas por las papeleras de reciclaje oscuro, enseguida pasa. Y hay un grupo de científicos que se ha percatado de eso y por ahí filtran sus artículos. ¿Es eso ciencia, o simpatías de un grupo de poder, debido a su formación universitaria, a intereses en los fondos materiales que se destinan a la investigación? A la larga esto esta siendo contraproducente para las ciencias físicas serias. Están prostituyendo a la ciencia y al joven científico, los están deformando. Creo que hay que parar con esto, al menos debemos usas los medios a nuestro alcance para extirpar este cáncer de la ciencia. No hablo de las teorías, de creer en algo, de suponer, de especular con lógica o cordura científica; yo lo hago también. Hablo de la prostitucion científica, de usas las simpatías de masa, para justificar resultados experimentales, mediciones reales, con valor científico; pero como no sabemos como explicarlas, buscamos cosas oscuras, palabritas bonitas, modelos pegajosos para explicarlas. No, no, y no; todos los resultados experimentales, no tienen porque ser explicados. Entiendan eso de una vez, please. Hay que dejar esa mentalidad de guerra fría,… Dejen que otros lo expliquen, esto es ciencia, no contrarios ideológicos, no patriotismo barato a nivel de simpatías científicas, de instituciones científicas. ¿Por qué las revistas no pueden publicar los números experimentales, sin exigirle al científico la explicación? ¿Por qué las revistas están entendiendo que no tener explicación para algo, no es ciencia también? Pues ahí viene el científico, que esta presionado por la burocracia científica, por su institución, para que publique y engrasa el resultado experimental con una explicación oscura y así logra publicarse. Ahí hay problemas serios, y viene de aquí, de las universidades anglosajonas.
    Ya es una hemorragia de cosas oscuras, sin mucha justificación científica. Ya ellos dan la materia oscura, por un hecho. Entones, cuando llega el neófito, el recien graduado, se cree que es un hecho experimental y teórico aceptado por la física oficial. Entonces en varias generaciones, ya están haciendo ciencia, en base a suposiciones. Mira este caso.
    “Gracias al efecto de lente gravitatoria debido a la materia oscura (¿) de los cúmulos galácticos.”
    http://francisthemulenews.wordpress.com/2012/04/14/detectada-una-galaxia-tan-remota-que-su-luz-fue-emitida-490-millones-de-anos-tras-el-big-bang/?replytocom=17495#respond
    Estas cosas van a conducir, en algún caso a un escándalo, van a perjudicar a los jóvenes científicos que se han montado en ese carro, ya verán. Recuerden que la soga se parte por el lugar mas debil.

    • Estimado amigo Tom:

      Es tan cierto lo que dices que, actual y desgraciadamente, es un cáncer para la Ciencia actual que, debido a esos dislates, se está asentando sobre una serie de falsos parámetros que en nada benefician a la auténtica ciencia que es…otra cosa.

      Los científicos no son ni políticos ni publicistas, son otra cosa muy distinta que no deben estar contaminados por intereses bastardos de “imagen” o “recaudación” de fondos para esta o aquella Universidad o Centro. La Ciencia, es otra cosa.

      Imaginar, especular, emitir hipótesis y conjeturas…¡Todo lícito! pero, llevarlas al nivel de buenas teorías y hablar de ellas como si de una Ley se tratara…es, además de vergonzoso, una desgracia para la Ciencia que puede estar cavando su propia tumba al dejar que, sobre falsos cimientos, se levante un enorme edificio que, en cualquier momento, se derrumbará como si de papel se tratara.

      La Ciencia es otra cosa y, a los jóvenes que tenemos la obligación de moldear para el próximo futuro, no debemos confundirlos con estos “castillos en el aire” que, al menos viento…se irá al garete.

      Un abrazo amigo

  6. Es algo preocupante el hecho de que pensemos que la existencia de la materia oscura es un hecho y sobre esta base seguir suponiendo cosas, cuando aun no se sabe que esta cosa en verdad existe, sus caracterìsticas, forma, tamaño y demàs y seguimos suponiendo sobre lo supuesto.

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