La naturaleza de la materia oscura ha desconcertado a los astrónomos durante 90 años desde que descubrieron que el 85% de la materia del universo es invisible a través de nuestros telescopios. Existe una prueba que explica la naturaleza de la materia oscura, pero se basa en detectar una supernova en el momento de la explosión. Actualmente, el candidato más prometedor para materia oscura es el axión, una partícula ligera que científicos de todo el mundo están tratando fervientemente de detectar.
Una explicación de lo que hemos visto y lo que no: Los axiones
La materia oscura está compuesta de axiones, partículas teóricas cuya pequeña masa se compensa con su asombrosa abundancia. Los axiones de QCD, favorecidos por los físicos de cuerdas, se diferencian de otras partículas de materia oscura propuestas en que interactúan con las otras fuerzas fundamentales, además de la gravedad, pero tienen una masa máxima 32 veces menor que un electrón.
Los astrofísicos de la Universidad de California en Berkeley sugieren ahora que los axiones podrían descubrirse segundos después de detectar rayos gamma de una explosión de supernova cercana. Si los axiones existen, se producirían en grandes cantidades durante los primeros 10 segundos después de que una estrella masiva colapsara y se convirtiera en una estrella de neutrones. Estos axiones escaparían y se transformarían en rayos gamma de alta energía dentro del intenso campo magnético de la estrella.
Detección de rayos gamma de explosiones de supernovas
La detección de estos rayos gamma hoy en día solo es posible si el telescopio espacial de rayos gamma Fermi (el único telescopio de rayos gamma que se encuentra actualmente en órbita) apunta en la dirección de la supernova en el momento de su explosión. Dado el campo de visión del telescopio, hay una probabilidad entre diez de que esto ocurra.
Sin embargo, una sola detección de rayos gamma permitiría determinar la masa del axión, en particular el llamado axión QCD, en un amplio rango de masas teóricas, incluidas aquellas que actualmente se investigan en experimentos basados en la Tierra. Por el contrario, la falta de detección eliminaría una amplia gama de masas potenciales para el axión, lo que haría irrelevantes muchas búsquedas actuales de materia oscura.
La gran búsqueda de la materia oscura
Las búsquedas iniciales de materia oscura se centraron en objetos de halo compactos, masivos y débiles (MACHO), que se teoriza que están dispersos por nuestra galaxia y el cosmos. Cuando esto no se materializó, los físicos centraron su atención en las partículas elementales que deberían ser detectables en los laboratorios terrestres. Las partículas masivas de interacción débil (WIMP) tampoco aparecieron.
En la búsqueda de la verdadera naturaleza de la materia oscura, el mejor candidato es el axión, una partícula que encaja bien en el modelo estándar de la física y resuelve varios problemas pendientes en la física de partículas. Los axiones también surgen naturalmente de la teoría de cuerdas (una hipótesis sobre la geometría subyacente del universo) y podrían ayudar a unificar la gravedad, que explica las interacciones a escala cósmica, con la mecánica cuántica, que describe lo infinitesimal.
En teoría, los axiones QCD interactúan débilmente con toda la materia a través de las cuatro fuerzas fundamentales: la gravedad, el electromagnetismo, la fuerza fuerte y la fuerza débil. Los astrofísicos también han propuesto buscar axiones producidos en el interior de estrellas de neutrones inmediatamente después de una supernova con colapso del núcleo, como la de 1987A. Hasta ahora, se han centrado principalmente en detectar rayos gamma procedentes de la lenta transformación de estos axiones en fotones en los campos magnéticos de las galaxias. Hay mucho en juego y el tiempo es esencial.