Un nuevo tipo de estrella podría revelar la naturaleza de la materia oscura

Ahora, un equipo de investigadores de Gran Bretaña y Estados Unidos podría haber encontrado, en el centro de las galaxias, nuevas pistas sobre la esquiva naturaleza de la materia oscura: las 'enanas oscuras'. El trabajo se acaba de publicar en 'Journal of Cosmology and Astroparticle Physics'.

«Pensamos que el 25% del Universo está compuesto de un tipo de materia que no emite luz -explica Jeremy Sakstein, de la Universidad de Hawaii y uno de los autores del estudio- , motivo por el que es invisible a nuestros ojos y a los de los telescopios. Sólo la detectamos a través de sus efectos gravitacionales. Es por eso que la llamamos materia oscura».

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José Manuel Nieves

De lo que los científicos están seguros es de que la materia oscura existe, y saben también cómo se comporta, aunque no tienen ni idea de qué podría estar hecha ni de lo que realmente es. En los últimos cincuenta años se han propuesto varias hipótesis, pero ninguna ha reunido suficiente evidencia experimental como para prevalecer sobre las demás. Pero el estudio de Sakstein y sus colegas ha apostado por una, y ofrece herramientas concretas para romper este largo 'impasse'.

Los candidatos del nuevo estudio, entre los más valorados por una buena parte de la comunidad científica son las llamadas 'Partículas Masivas de Interacción Débil' (WIMP) partículas muy pesadas pero que interactúan poco o nada con la materia ordinaria: pasan a través de ella como si no existiera, no emiten luz y no responden a las fuerzas electromagnéticas (por lo que no reflejan la luz ni radiación alguna, permaneciendo invisibles), revelando su presencia sólo a través de sus efectos gravitacionales.

Pues bien, para Sakstein este es, precisamente, el tipo de materia oscura que sería necesario para que las 'enanas oscuras' puedan existir. «La materia oscura -explica el investigador- interactúa gravitacionalmente, por lo que podría ser capturada por estrellas y acumularse dentro de ellas. Y si eso sucede, también podría interactuar consigo misma y aniquilarse, liberando energía que calienta la estrella».

Las estrellas ordinarias, como nuestro Sol, brillan porque en sus núcleos tienen lugar procesos de fusión nuclear, con las partículas fusionándose unas con otras y emitiendo grandes cantidades de calor y energía. La fusión ocurre cuando la masa de una estrella es lo suficientemente grande como para que su propia gravedad comprima su centro con tanta intensidad que se desencadena la fusión de los núcleos atómicos. El proceso libera una gran cantidad de energía, que es posible ver en forma de luz.

Las enanas oscuras también emitirían luz, pero no a causa de la fusión nuclear. «Las enanas oscuras son objetos de muy baja masa -explica Sakstein-, alrededor del 8% de la masa del Sol». Es decir del todo insuficientes para desencadenar reacciones de fusión. Por esta razón, tales objetos, aunque muy comunes en el Universo, generalmente solo emiten una luz tenue (debido a la energía producida por su contracción gravitacional relativamente pequeña) y son conocidos por los científicos como 'enanas marrones'.

Normalmente, se considera una enana marrón como una especie de 'cuerpo intermedio', demasiado grande para ser un planeta, pero demasiado pequeño para ser una estrella, es decir, para que su presión interna ponga en marcha el horno nuclear. Sin embargo, dicen los autores del estudio, si las enanas marrones se encuentran en regiones donde la materia oscura es particularmente abundante, como por ejemplo el centro de nuestra galaxia, pueden transformarse en otra cosa. «Estos objetos - explica Sakstein- recolectan la materia oscura que les ayuda a convertirse en enanas oscuras. Cuanta más materia oscura tengan alrededor, más podrán capturar -explica Sakstein-. Y cuanta más materia oscura termine dentro de una de estas estrellas, más energía se producirá a través de su aniquilación».

Sin embargo, para que todo esto suceda se necesita un tipo muy específico de materia oscura. «Para que existan enanas oscuras -prosigue Sakstein- la materia oscura debe estar hecha de Wimps, o de cualquier partícula pesada que interactúe igual de fuerte y produzca energía visible».

Otros candidatos a ser la esquiva materia oscura son, por ejemplo, los axiones, las partículas ultraligeras difusas o los neutrinos estériles, todos ellos demasiado livianos para producir el efecto esperado en estos objetos. Solo las partículas masivas, capaces de interactuar entre sí y aniquilarse en forma de energía visible, podrían alimentar a una enana oscura.

La hipótesis, sin embargo, carecería de todo valor si no hubiera una forma de identificar a una enana oscura. Y resulta que Sakstein y su equipo aportan una. «Había un par de marcadores -explica el científico- pero sugerimos el Litio 7, porque tendría un efecto realmente único». El Litio 7, en efecto, arde muy fácilmente y se consume con rapidez en las estrellas comunes. «Así que si usted fuera capaz de encontrar un objeto que parezca una enana oscura, podría detectar la presencia de este litio, que no estaría ahí si se tratara de una enana marrón o de un objeto similar».

Según el estudio, herramientas como el Telescopio Espacial James Webb ya podrían detectar objetos celestiales extremadamente fríos como serían estas hipotéticas enanas oscuras. Aunque según Sakstein existe otra posibilidad: «La otra cosa que se podría hacer es mirar a toda una población de objetos y preguntar, de manera estadística, si se describe mejor al tener una subpoblación de enanas oscuras o no».

Sin embargo, si en los próximos años alguien consiguiera identificar una o más enanas oscuras, ¿sería eso una pista lo suficientemente fuerte como para apoyar la hipótesis de que la materia oscura está hecha de Wimps?

Según Sakstein, sería «razonablemente fuerte. Con los candidatos de materia oscura ligera, como los axiones, no creo que se pueda obtener algo como una enana oscura, porque los axiones no se acumulan dentro de las estrellas. Sin embargo, si logramos encontrar una enana oscura sería una evidencia convincente de que la materia oscura es pesada e interactúa fuertemente consigo misma, aunque sólo débilmente con el Modelo Estándar. Esto incluye a los WIMPs, aunque también a otros modelos más exóticos. Observar una enana oscura no nos diría de manera concluyente que la materia oscura está hecha de WIMPs, pero significaría que consiste en algo que, para todos los efectos, se comporta como un WIMP ».