Un huracán de materia oscura se acerca a nosotros

Nota del editor: Don Lincoln es científico sénior en el Fermi National Accelerator Laboratory. Es el autor de "The Large Hadron Collider: The Extraordinary Story of Higgs Boson and Other Stuff That Will Blow Your Mind" y produce una serie de videos sobre educación científica. Las opiniones expresadas en este comentario son suyas.

Según un artículo reciente, la Tierra está atrapada directamente en la mira de un huracán cósmico. Un enjambre de casi 100 estrellas, acompañado por una cantidad aún mayor de materia oscura, se dirige directamente a nuestro vecindario estelar y no hay nada que podamos hacer para detenerlo; de hecho, la vanguardia ya está sobre nosotros. Esto suena como una película taquillera de verano perfecta, protagonizada por The Rock y Chris Pratt, o tal vez Scarlett Johansson y Charlize Theron.

Excepto que esto es real. ¿Pero es un peligro? Bueno, en realidad, no. De ningún modo. Pero es potencialmente increíblemente fascinante, con muchas interconexiones científicas interesantes. ¿Entonces, qué está sucediendo realmente?

La historia comienza en abril pasado, cuando el satélite Gaia anunció las ubicaciones y trayectorias de 2,000 millones de estrellas en las cercanías de la Vía Láctea que rodea nuestro sol. Ellos hicieron públicos los datos.

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Luego, los científicos pudieron observar el conjunto de datos para ver si podían detectar algo peculiar. En galaxias como la Vía Láctea, el comportamiento más común es que las estrellas orbiten el centro de la galaxia de una manera muy similar a los planetas que orbitan nuestro Sol. Sin embargo, hay algunas estrellas que exhiben un movimiento inusual. Hace aproximadamente un año, los astrónomos identificaron algunas "corrientes estelares" que pasaban por nuestro vecindario celestial.

Uno de ellos, llamado S1 (para referirse a la corriente número 1), consta de casi 100 estrellas de edad y composición similares, orbitando la Vía Láctea en una dirección exactamente opuesta a la de las estrellas normales. Es algo así como un puñado de autos que conducen por el camino equivocado, excepto con una distancia mucho mayor entre ellos y sin posibilidad de colisión. Estas estrellas se extienden a lo largo de unos pocos miles de años luz y pasarán a través del sistema solar en el transcurso de unos pocos millones de años.

Las galaxias enanas a menudo tienen una fracción desproporcionadamente grande de materia oscura. La materia oscura es una forma de materia hipotética y aún no descubierta que interactúa solo gravitacionalmente. Los científicos han propuesto su existencia para explicar muchos misterios astronómicos, por ejemplo, la observación de que la mayoría de las galaxias giran más rápido de lo que puede explicarse por las leyes conocidas de la física y las estrellas y el gas de los que están compuestas.

Si bien aún no se ha observado la materia oscura, la hipótesis de su existencia es la explicación más simple y económica de los innumerables misterios astronómicos. Con un promedio de todo el universo, se cree que la materia oscura es cinco veces más frecuente que la masa ordinaria de estrellas, gas y planetas.

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En galaxias enanas, la fracción de materia oscura es a menudo más alta. En Fornax, una galaxia enana bien estudiada que orbita la Vía Láctea, los investigadores estiman que la materia oscura es entre 10 y 100 veces mayor que la masa que se encuentra en sus estrellas.

Si ese número se mantiene para S1, la materia oscura de la corriente S1 pasará a través de la Tierra a una velocidad mucho más alta que la materia oscura más ordinaria que orbita la Vía Láctea, aproximadamente el doble de rápido. Se cree que la materia oscura S1 está volando a través del sistema solar a una velocidad de unos 550 km/s. Si bien estos números son impresionantes, son engañosos. La materia oscura, si existe, es extremadamente difusa y no tendrá ningún efecto perceptible en el sistema solar.

Debido a que la materia oscura no se ha observado todavía, estos números de velocidad son especulativos, aunque están fuertemente respaldados por un gran cuerpo de evidencia. Sin embargo, la posibilidad de que la materia oscura de alta velocidad vuele a través de la Tierra ha sugerido una oportunidad para detectarla.

En un artículo en la prestigiosa revista Physical Review D, el investigador Ciaran O'Hare y sus colaboradores calcularon las posibilidades de descubrir la materia oscura utilizando detectores de materia oscura existentes y propuestos. Consideraron dos variedades de partículas de materia oscura: un tipo muy pesado llamado WIMP (partícula masiva de interacción débil) y un tipo muy ligero llamado axión. Debido a que no se conoce la naturaleza última de la materia oscura, es importante estar abierto a todas las posibilidades.

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Encontraron que los detectores que evaluaron podrían encontrar WIMP para ciertos rangos de la masa de partículas. Sin embargo, cuando observaron la posibilidad del axión, parecía que las perspectivas eran incluso mejores. Debido a su masa de luz y la manera en que un axión interactuaría con el detector, el aparato simplemente tiene más posibilidades de ver el axión. (Si existen axiones, por supuesto).

Los experimentos con nombres como ADMX, MADMAX y ABRACADABRA pueden o podrán buscar las firmas de materia oscura propuestas en el documento reciente. Consisten en tecnologías diseñadas para interactuar con los axiones en un campo magnético fuerte y convertirlos en microondas u ondas de radio normales que pueden detectarse fácilmente.

Es importante recordar que la corriente S1 no representa una amenaza creíble para la Tierra y la humanidad. No hay necesidad de un héroe de acción para salvarnos. Sin embargo, la sinergia de la ciencia es asombrosa. Un cuidadoso catálogo de estrellas cercanas ha abierto la perspectiva de una mejor posibilidad de encontrar e identificar la materia oscura, que es uno de los grandes misterios sin respuesta de la física moderna. Es un momento increíble en el que vivimos, en el que podemos estudiar esas cosas.

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