Cabe la posibilidad de que los detectores de ondas gravitacionales sean capaces, también, de captar la presencia de partículas de materia oscura. Algo que sería factible cuando esas partículas chocasen. Es un planteamiento muy interesante por todo lo que conllevaría…

La detección de partículas de materia oscura podría ser posible

Un grupo de investigadores japoneses ha presentado un estudio muy interesante. Plantean que los detectores de ondas gravitacionales, que permitieron abrir, literalmente, todo un nuevo campo en el mundo de la astronomía, también podrían ayudar a resolver uno de los mayores misterios del universo. Tendrían la capacidad de buscar partículas de materia oscura. Como quizá sepas, el universo tiene tres grandes componentes. El 5%, aproximadamente, se corresponde con la materia ordinaria, todo lo que podemos ver.

Las partículas de materia oscura podrían ser detectables
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El efecto de lente gravitacional que se puede ver en este cúmulo galáctico (Abell 1689) indica la presencia de materia oscura. Crédito: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory) y ESA.

La energía oscura constituye lo más abundante, aproximadamente el 68% y es responsable de la aceleración de la expansión del universo. El 27% restante se corresponde con la materia oscura. Su presencia es necesaria para poder explicar, por ejemplo, cómo es posible que las galaxias se mantengan unidas. Aporta, en resumidas cuentas, gravedad adicional. Pero, a pesar de que se intuye su presencia, nunca se ha sabido qué partícula podría ser la materia oscura. Aunque no han faltado candidatos, uno de ellos son los llamados WIMPs.

Son las siglas, en inglés, de Partículas masivas que interactúan débilmente. Una posible partícula (no se ha demostrado que existan) que interactuaría con la materia bariónica (normal u ordinaria, si lo prefieres) solo a través de la fuerza de la gravedad (la más débil de las fuerzas fundamentales de la naturaleza). Su origen, al igual que el de otras partículas elementales, estaría en los primeros instantes del universo, cuando su temperatura era muy elevada. Sin embargo, su búsqueda ha sido infructuosa hasta el momento, y no ha habido avances.

Una búsqueda utilizando detectores de ondas gravitacionales

En su estudio, los investigadores plantean que los avances en el campo de la detección de ondas gravitacionales podría ser, también, una llave para intentar descubrir estas partículas. Creen que, al igual que se puede detectar las ondas provocadas en el espacio-tiempo por una onda gravitacional, debería ser posible detectar la presencia de las WIMPs. Sería un método de detección directa utilizando interferómetros láser (como los detectores de ondas gravitacionales). Algo que ya se ha propuesto en alguna ocasión en el pasado.

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Imagen aérea del observatorio de LIGO en Livingston, Luisiana. Crédito: Caltech/MIT/LIGO Lab

Pero el método todavía no ha sido puesto a prueba. Los científicos no están seguros de qué tipo de señal se debería producir en una interacción directa entre un WIMP y un nucleón (un protón o un neutrón) en el espejo de estos interferómetros. Lo que sí mencionan es que los movimientos de un péndulo y un espejo, en un detector de ondas gravitacionales, debería verse alterado por una colisión de esta naturaleza. El movimiento producido podría ser detectable con un sistema que tuviese unos sensores lo suficientemente avanzados.

Aquí es donde entran en escena los detectores de ondas gravitacionales, como las instalaciones de LIGO. Porque cumplirían con esos requisitos. Si están en lo cierto, el método podría permitir desentrañar uno de los grandes misterios de la ciencia moderna. Además, los próximos detectores de ondas gravitacionales serán aun más sensibles que los que ya están en funcionamiento. Eso permitirá que la señal, si es que se puede detectar, sea aun más fácil de identificar. Sin embargo, falta entender cuál es la forma de observar esas señales.

Dudas sobre cómo buscar las señales de las partículas de materia oscura

Lo más importante parece, por tanto, cómo lograr extraer esa información, las señales de la presencia de materia oscura, a través de un detector de ondas gravitacionales. Pero, si lo lograsen, sería un gran paso para poder entender mejor la estructura del universo; no solo en el presente, también en el pasado y en el futuro. Hay varios detectores que, junto a LIGO y Virgo (ya operativos) entrarán en funcionamiento en los próximos años. Su capacidad de detección será enorme y permitirá ahondar más en el campo de las ondas gravitacionales.

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Recreación artística mostrando las ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos agujeros negros. Crédito: Swinburne Astronomy Productions

Pero es muy interesante ver que ese mismo equipo también podrá utilizarse con otros propósitos. Y no es el único, porque otro equipo de investigadores sugirió usarlos para estudiar galaxias enanas. El objetivo, de nuevo, sería detectar la presencia de materia oscura. No solo eso, otra propuesta sugiere que se podrían utilizar estos detectores para medir la aceleración de la expansión del universo. Algo que, de paso, podría ayudarnos a entender la energía oscura. Que también es un campo muy desconocido a día de hoy.

De momento, habrá que ver en qué desemboca todo esto. Por un lado, hará falta que los investigadores terminen de entender cuál es la forma de lograr leer las señales de la presencia de materia oscura en las ondas gravitacionales. Si logran descifrarlo, parece lógico suponer que será cuestión de tiempo que esos detectores se utilicen con ese propósito. A fin de cuentas, entender mejor la materia oscura nos ayudaría a tener una imagen mucho más completa del universo. Aunque, por ahora, seguirá siendo un gran enigma…

Estudio

El estudio es S. Tsuchida, N. Kanda, Y. Itoh y M. Mori; «Dark Matter Signals on a Laser Interferometer». Publicado en arXiv, puede consultarse en este enlace.

Referencias: Universe Today