Agria polémica científica por culpa de la materia oscura

Ahora, para colmo, un reciente estudio aparecido en Science y llevado a cabo por físicos del Berkeley Lab y la Universidad de Michigan ha arrojado un nuevo jarro de agua fría sobre la que se consideraba la mejor pista hasta el momento. No, dice el artículo, la materia oscura tampoco está hecha de neutrinos estériles, un inusual tipo de partículas subatómicas sobre las que muchos habían puesto sus mejores esperanzas.

La publicación de este trabajo ha suscitado una agria polémica científica entre sus autores y los que, al contrario, afirman que el estudio tiene que estar equivocado.

"Creo que para la mayoría de las personas de la comunidad científica este es el final de la historia", asegura Benjamin Safdi, autor principal del estudio de Science. Pero otros, como Kevork Abazajian, físico teórico de la Universidad de California, piensa que el nuevo análisis es muy defectuoso. "Para ser honestos -afirma este investigador- este es uno de los peores casos de selección de datos que he visto". Como respaldo a su opinión, este físico señala un trabajo inédito en el que otro grupo de investigadores, observando las mismas partes del cielo, sí que consiguió descubrir señales de los neutrinos estériles que Safdi niega.

Según la teoría más aceptada, todas las galaxias que existen se forman y residen en el interior de vastos halos de materia oscura. Y es precisamente la gravedad de esa sustancia invisible la que ayuda a evitar que las estrellas que forman las galaxias se mantengan unidas en lugar de moverse desordenada y libremente por el espacio.

Desde hace ya muchos años, los físicos han propuesto un gran número de partículas hipotéticas (es decir, nunca observadas en laboratorio) como candidatas a ser materia oscura. Entre ellas los neutrinos estériles, más pesados y aún más esquivos que sus "primos", los neutrinos, diminutas partículas casi sin masa que deambulan por todo el Universo.

A diferenca de los neutrinos "normales", que pueden interactuar (aunque lo hacen muy raramente) con núcleos atómicos, los neutrinos estériles solo interactúan con otros neutrinos, y surgen cuando un neutrino ordinario se transforma en uno estéril a través de un proceso llamado "mezcla de neutrinos".

La idea de que los neutrinos estériles podrían ser los componentes de la materia oscura recibió un gran impulso en 2014, cuando observaciones de galaxias cercanas y del centro de nuestra propia Vía Láctea revelaron un tenue resplandor de rayos X con una energía muy específica, 3,5 kiloelectronvoltios (keV).

Ese brillo fantasmal sería de esperar si una enorme cantidad de neutrinos estériles con una masa de 7 keV estuviera por todas partes en las galaxias. Muy de vez en cuando, alguno de ellos se descompondría en un neutrino ordinario y una emisión de rayos X que tendría una energía igual a la mitad de la masa del neutrino estéril, es decir, 3,5 keV, que es justo lo que observaron los científicos.

El trabajo de Safdi y sus colegas, sin embargo, echa por tierra esta idea. Y en su estudio de Science se asegura que ese tenue resplandor no puede proceder de la materia oscura. Para llegar a esa conclusión, los investigadores decidieron no fijarse en galaxias distantes, sino en "espacios oscuros" de nuestra propia galaxia, manchas negras entre las estrellas. Para ello utilizaron más de 4.000 imágenes del archivo del XMM-Newton, un telescopio espacial de rayos X lanzado en 1999 por la Agencia Espacial Europea. Si nuestra propia galaxia se encuentra dentro de una enorme nube de neutrinos estériles, razonan los investigadores, entonces el telescopio, para sus observaciones distantes, debe de estar mirando a través de esa nube, y los espacios oscuros de cielo entre las estrellas también deberían brillar tenuemente con rayos X de 3,5 keV.

Pero Safdi y su equipo no encontraron ni rastro de ese tenue brillo, lo cual lo que les llevó a afirmar que el brillo detectado en galaxias distantes no procede de la materia oscura, sino de alguna otra fuente mucho más común, como por ejemplo nubes de gas muy caliente.

"Creo que ese trabajo está mal -dice por su parte Alexey Boyarski, de la Universidad de Leiden, que en 2018 llevó a cabo un estudio similar (aún inédito), también usando imágenes del XMM-Newton, y sí que vieron un brillo de 3,5 keV en los espacios vacíos, lo que revelaba la presencia de neutrinos estériles.

¿Cómo es posible que dos grupos diferentes lleguen a conclusiones opuestas partiendo de los mismos datos? Para Boyarski, la diferencia está en los métodos de análisis utilizados. Dado que nuestra galaxia está llena de un tenue gas ionizado, el cielo emite rayos X, que pueden alcanzar determinadas energías incluso sin una contribución de la materia oscura. Algunos de esos rayos, en efecto, también pueden venir de más allá de nuestra propia galaxia. Para ser capaces de ver el ansiado brillo de 3,5 keV, los investigadores deben, pues, "limpiarlo" antes de todas esas posibles contribuciones externas.

Por eso, Boyarski y sus colegas analizaron todo el espectro de energías de rayos X que el XMM-Newton es capaz de detectar, descartaron las emisiones que procedían de más lejos y las restaron de los datos. De esa forma consiguieron revelar la emisión de 3,5 keV.

En su defensa, Safdi , el autor del artículo de Science explica que su equipo adoptó un enfoque diferente. Utilizando técnicas estadísticas desarrolladas en los colisionadores de partículas, analizaron el espectro de cada imagen por separado y estudiaron los datos solo en un rango mucho más estrecho de energías, sin prestar atención a otras partes del espectro.

Para Boyarski, ese es precisamente el problema. Safdi y su equipo, asegura, no eliminaron los picos de radiación procedentes del espacio lejano, y eso podría haber falseado sus resultados.

Pero Safdi considera que eso no es así. Su equipo descubrió que restar las otras emisiones y ampliar la ventana de energias analizadas no cambia el resultado. Si existe un pico de 3,5 keV, dice, la sofisticada técnica utilizada en su estudio lo habría revelado.

Ahora, Boyarski tratará de publicar su propio análisis, que fue rechazado por una revista de física por considerarlo "poco interesante". Ante la polémica suscitada, el investigador pretende ahora presentarlo en Science.

Veremos quién gana esta particular batalla y si podemos, o no, seguir confiando en los neutrinos estériles como principal componente de la materia oscura.