La búsqueda de la materia oscura, ese tipo de materia esquiva que se prevé compone la mayor parte de la masa del universo, ha sido un objetivo persistente en el campo de la astrofísica. A diferencia de la materia ordinaria, la materia oscura no emite, refleja ni absorbe luz, lo que la hace indetectable mediante métodos experimentales convencionales.
Un candidato prometedor en la búsqueda de esta materia oscura es la denominada materia oscura ultraligera, que consiste en partículas de masas extremadamente bajas. A pesar de que se han realizado numerosos intentos por detectar estas partículas, hasta la fecha no se ha logrado un éxito definitivo.
Nueva metodología para la detección directa
Investigadores de la Universidad de Florida han propuesto un nuevo método para la detección directa de partículas de materia oscura ultraligera, basado en la astrometría, que se centra en la medición precisa de las posiciones y movimientos de objetos celestes. Su estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, ofrece un enfoque alternativo que podría ser utilizado en futuras búsquedas de estas partículas elusivas.
El coautor del artículo, Sarunas Verner, explicó: «Nuestra investigación surgió de una pregunta fundamental: ¿Cómo podemos detectar la materia oscura si interactúa con la materia ordinaria solo a través de la gravedad?». Este escenario ha sido tradicionalmente considerado como un desafío para la detección directa. Sin embargo, los investigadores han reconocido que la materia oscura ultraligera, con una longitud de onda de de Broglie comparable a escalas galácticas, produce fluctuaciones medibles en el espacio-tiempo que podrían ser detectadas mediante mediciones astrométricas precisas.
La mayoría de las búsquedas anteriores de materia oscura ultraligera se han basado en arreglos de temporización de púlsares, que son colecciones de púlsares de milisegundos que los astrónomos observan periódicamente. En contraste, Verner y su colega Jeff A. Dror han explorado la posibilidad de utilizar astrometría de precisión para investigar la materia oscura ultraligera observando únicamente las interacciones gravitacionales.
Verner agregó: «Nuestro método aprovecha el hecho de que la materia oscura ultraligera crea pequeñas pero detectables fluctuaciones en el propio espacio-tiempo. Estas fluctuaciones afectan las posiciones aparentes de objetos celestes distantes como estrellas y cuásares. Específicamente, demostramos que el efecto más significativo ocurre a través de lo que los astrónomos llaman ‘aberración clásica’, que es la ligera desviación angular de la luz de fuentes distantes causada por el movimiento del observador a través del espacio.»
Los investigadores calcularon cómo estas ondulaciones en el espacio-tiempo inducidas por la materia oscura ultraligera impactarían la aberración clásica, haciendo que esta dependa de la distancia. Esto implica que las fuentes cercanas exhiben una aberración ligeramente diferente a las distantes. «Estas variaciones son extremadamente sutiles—menos de 1 microarcosegundo—y requieren mediciones astrométricas altamente precisas», explicó Verner.
La metodología propuesta por este grupo de investigación presenta un enfoque completamente nuevo para explorar la materia oscura ultraligera, centrándose exclusivamente en las interacciones gravitacionales. Su dependencia de estas interacciones podría ser altamente ventajosa, permitiendo a los investigadores buscar candidatos a materia oscura que podrían estar completamente desacoplados del Modelo Estándar, salvo por las leyes gravitacionales.
Las implicaciones de este estudio son significativas. Verner señaló que «nuestro método es complementario a las sondas existentes de materia oscura ultraligera, incluidas las mediciones del fondo cósmico de microondas y las observaciones de la estructura a gran escala». Cuando se combinan con estos otros conjuntos de datos, la astrometría de precisión podría mejorar significativamente nuestra capacidad para detectar o restringir partículas de materia oscura ultraligera en el rango de masa por debajo de 10-22 electronvolts. Este rango de masa es particularmente interesante, ya que corresponde a partículas con longitudes de onda a escalas galácticas, lo que podría abordar ciertos desafíos a pequeña escala en cosmología.
El nuevo método de detección propuesto por este grupo de investigación podría desarrollarse y aplicarse en futuras búsquedas de partículas de materia oscura ultraligera. En sus próximos estudios, Verner y Dror planean extender su enfoque propuesto para investigar otros subtipos de materia oscura ultraligera, así como explorar cómo principios similares podrían aplicarse para investigar la naturaleza de la energía oscura, ofreciendo potencialmente nuevas perspectivas sobre la fuerza misteriosa que impulsa la aceleración cósmica.
