La búsqueda de materia oscura ha sido uno de los grandes retos de la física moderna. Este tipo de materia, que no emite, absorbe ni refleja luz, escapa a las técnicas de detección convencionales utilizadas en la física de partículas. Recientemente, un grupo de investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio, junto con PhotoCross Co. Ltd, la Universidad de Kyoto Sangyo y otras instituciones colaboradoras, ha publicado un trabajo que marca un hito en esta búsqueda. Su estudio, publicado en Physical Review Letters, establece las restricciones más estrictas hasta la fecha sobre la vida de las partículas de materia oscura con masas entre 1.8 y 2.7 eV.
El papel del espectrógrafo WINERED
Los investigadores han utilizado datos recogidos por el espectrógrafo de alta dispersión y cerca del infrarrojo WINERED, instalado en uno de los telescopios Magellan en Chile. Este instrumento permite a los científicos buscar líneas espectrales extremadamente estrechas que se predice que surgirían cuando las partículas de materia oscura se descomponen en fotones. Como señala Wen Yin, autor principal del estudio, esta investigación se apoya en trabajos previos donde se subrayó la importancia de espectrógrafos avanzados como NIRSpec en el Telescopio Espacial James Webb y WINERED.
Yin relata que la idea de utilizar WINERED surgió durante una visita a un antiguo compañero, Taiki Bessho, que le presentó el instrumento y lo conectó con Yuji Ikeda, un ingeniero y astrónomo cuya experiencia resultó esencial para el desarrollo del proyecto. Tras varios años de investigación colaborativa, el equipo se centró en galaxias enanas esferoidales, que se cree que son ricas en materia oscura y que deberían mostrar características espectrales muy estrechas.
Para mejorar la precisión de la búsqueda, los investigadores emplearon una técnica conocida como «nodding», que les permitió restar el brillante fondo del cielo de los datos recogidos por el telescopio. Además, corrigieron los desplazamientos Doppler combinando datos de múltiples objetivos, lo que les permitió aislar cualquier posible señal de materia oscura recibida de otras señales originadas en la Tierra.
A pesar de no haber observado una señal definitiva que se pudiera asociar con la descomposición de partículas de materia oscura en fotones, el estudio ha establecido límites más estrictos sobre la vida de estas partículas en el rango de masas mencionado. Con solo cuatro horas de observación, los investigadores demostraron que la espectroscopía infrarroja de alta resolución puede alcanzar la sensibilidad necesaria para investigar el rango de masas en electronvoltios, validando así propuestas anteriores sobre la detección de materia oscura.
El trabajo no solo desafía y refina los modelos teóricos existentes sobre la descomposición de la materia oscura, sino que también abre nuevas avenidas de observación que pueden aplicarse a otros telescopios, como el Telescopio Subaru. Con la intención de seguir avanzando en la búsqueda de señales asociadas a la materia oscura, el equipo planea realizar análisis adicionales sobre algunos excesos observados en los datos recogidos.
Asimismo, se están explorando avances tecnológicos que podrían facilitar la detección de señales relacionadas con la materia oscura, incluido el diseño de nuevos espectrógrafos adaptados específicamente para esta búsqueda. Este enfoque podría permitir observaciones más amplias y el acceso a una gama más amplia de objetivos en el futuro, fortaleciendo así las capacidades de búsqueda de materia oscura.
