Un nuevo estudio de la Universidad de Hawái (Estados Unidos), publicado en JCAP, la ‘Revista de Cosmología y Física de Astropartículas’ sugiere que las «enanas oscuras» podrían revelar la verdadera naturaleza de la materia oscura.
El equipo anglo-estadounidense responsable del estudio las denominó enanas oscuras. No porque sean cuerpos oscuros -al contrario-, sino por su especial vínculo con la materia oscura, uno de los temas más importantes en la investigación actual en cosmología y astrofísica. «Creemos que el 25 % del universo está compuesto por un tipo de materia que no emite luz, lo que la hace invisible a nuestros ojos y telescopios. Solo la detectamos a través de sus efectos gravitacionales. Por eso la llamamos materia oscura», explica Jeremy Sakstein, profesor de Física en la Universidad de Hawái y uno de los autores del estudio.
Lo que se sabe hoy sobre la materia oscura es que existe y cómo se comporta, pero aún no se sabe qué es realmente. En los últimos cincuenta años se han propuesto varias hipótesis, pero ninguna ha reunido suficiente evidencia experimental para prevalecer. Estudios como el de Sakstein y sus colegas son importantes porque ofrecen herramientas concretas para romper este estancamiento.
Entre los candidatos más conocidos a materia oscura se encuentran las Partículas Masivas de Interacción Débil (WIMP, por sus siglas en inglés), partículas muy masivas que interactúan muy débilmente con la materia ordinaria: atraviesan los objetos sin ser detectadas, no emiten luz ni responden a las fuerzas electromagnéticas (por lo que no reflejan la luz y permanecen invisibles), y solo se revelan a través de sus efectos gravitacionales. Este tipo de materia oscura sería necesario para la existencia de las enanas oscuras. «La materia oscura interactúa gravitacionalmente, por lo que podría ser capturada por las estrellas y acumularse en su interior. Si esto ocurre, también podría interactuar consigo misma y aniquilarse, liberando energía que calienta la estrella», detalla Sakstein.
Las estrellas comunes, como nuestro Sol, brillan porque en sus núcleos ocurren procesos de fusión nuclear que generan grandes cantidades de calor y energía. La fusión ocurre cuando la masa de una estrella es lo suficientemente grande como para que las fuerzas gravitacionales compriman la materia hacia el centro con tal intensidad que desencadenan reacciones entre los núcleos atómicos. Este proceso libera una enorme cantidad de energía, que percibimos como luz. Las enanas oscuras también emiten luz, pero no debido a la fusión nuclear. «Las enanas oscuras son objetos de muy baja masa, aproximadamente el 8 % de la masa del Sol», agrega Sakstein. Una masa tan pequeña no es suficiente para desencadenar reacciones de fusión. Por esta razón, estos objetos, aunque muy comunes en el universo, suelen emitir solo una luz tenue (debido a la energía producida por su contracción gravitacional relativamente pequeña) y los científicos las conocen como enanas marrones.
Sin embargo, si las enanas marrones se encuentran en regiones donde la materia oscura es particularmente abundante, como el centro de nuestra galaxia, pueden transformarse en algo diferente. «Estos objetos acumulan la materia oscura que les permite convertirse en enanas oscuras. Cuanta más materia oscura haya alrededor, más se puede captura», insiste Sakstein. «Y cuanta más materia oscura acabe dentro de la estrella, más energía se producirá al aniquilarse».
Pero todo esto depende de un tipo específico de materia oscura. «Para que existan enanas oscuras, la materia oscura debe estar compuesta de WIMPs, o cualquier partícula pesada que interactúe consigo misma con tanta fuerza que produzca materia visible», apunta Sakstein. Otras candidatas propuestas para explicar la materia oscura, como los axiones, las partículas ultraligeras difusas o los neutrinos estériles, son demasiado ligeras para producir el efecto esperado en estos objetos. Solo partículas masivas, capaces de interactuar entre sí y aniquilarse en energía visible, podrían alimentar una enana oscura.
Sin embargo, esta hipótesis tendría poco valor si no existiera una forma concreta de identificar una enana oscura. Por esta razón, Sakstein y sus colegas proponen un marcador distintivo: «Había algunos marcadores, pero sugerimos el litio-7 porque realmente tendría un efecto único», según el científico. El litio-7 se quema con mucha facilidad y se consume rápidamente en estrellas comunes. «Así que, si se encontrara un objeto que se pareciera a una enana oscura, se podría buscar la presencia de este litio, ya que no estaría presente si se tratara de una enana marrón o un objeto similar».
Herramientas como el Telescopio Espacial James Webb podrían ya detectar objetos celestes extremadamente fríos, como las enanas oscuras. Pero, según Sakstein, existe otra posibilidad: «Otra opción sería observar una población completa de objetos y preguntarse, estadísticamente, si se describe mejor con una subpoblación de enanas oscuras o no».
Si en los próximos años se logra identificar una o más enanas oscuras, queda plantearse qué tan sólida sería esa pista para respaldar la hipótesis de que la materia oscura está compuesta de WIMP. «Bastante sólida. Con candidatos ligeros a materia oscura, algo como un axión, no creo que se pueda obtener algo como una enana oscura. No se acumulan dentro de las estrellas. Si logramos encontrar una enana oscura, proporcionaría evidencia convincente de que la materia oscura es pesada, interactúa fuertemente consigo misma, pero solo débilmente con el Modelo Estándar. Esto incluye clases de WIMP, pero también incluiría otros modelos más exóticos», concluye Sakstein. Observar una enana oscura no nos diría de forma concluyente que la materia oscura es una WIMP, pero significaría que es una WIMP o algo que, a todos los efectos, se comporta como una WIMP».
