Créditos de imagen: NASA / JPL-Caltech / SwRI / MSSS / Kevin M. Gill
Quiere encontrar materia oscura pero no sabe dónde buscar. ¡Un planeta gigante puede ser exactamente el tipo de detector de partículas que necesita! Afortunadamente, sucede que en nuestro sistema solar hay varios de ellos, y el más grande y cercano es Júpiter. Los investigadores Rebecca Leane (Stanford) y Tim Linden (Estocolmo) publicaron un artículo esta semana que describe cómo el gigante gaseoso podría ser la clave para encontrar la elusiva materia oscura.
La naturaleza de la materia oscura es uno de los mayores misterios de la física actual. Interactúa por gravedad, podemos ver que mantiene unidas a las galaxias que de otro modo se desmoronarían, pero de otra manera no parece interactuar con la materia normal.
Las teorías más populares asumen que la materia oscura es un tipo de partícula que es demasiado pequeña o que interactúa demasiado débilmente para ser observada fácilmente. Se establecieron experimentos de aceleradores de partículas y colisionadores para romper las partículas subatómicas juntas; los investigadores esperan ver cantidades inesperadas de energía perdidas en la colisión, lo que sugiere que alguna partícula desconocida, posiblemente materia oscura, se está escapando del detector. Hasta ahora sin éxito.
Pero la materia oscura también debería existir en la naturaleza y puede ser atrapada por la gravedad por objetos con grandes pozos de gravedad como la Tierra, el Sol y Júpiter. Con el tiempo, la materia oscura puede acumularse dentro de un planeta o estrella hasta que se vuelve lo suficientemente densa como para que una partícula de materia oscura golpee a otra, aniquilando a ambas. Incluso si no podemos ver la materia oscura en sí, deberíamos poder ver los resultados de tal colisión. Produciría radiación de alta energía en forma de rayos gamma.
Telescopio espacial de rayos gamma Fermi. Crédito: NASA
Ingrese al telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA, lanzado en 2008 en un cohete Delta II. Durante más de diez años ha estado estudiando el cielo en busca de fuentes de radiación gamma. Los investigadores Leane y Linden utilizaron un telescopio para observar Júpiter y desarrollaron el primer análisis de la actividad de rayos gamma de un planeta gigante. Esperaban ver evidencia de un exceso de rayos gamma de la aniquilación de materia oscura dentro de Júpiter.
Como explica Leane, el tamaño y la temperatura de Júpiter lo convierten en un detector de materia oscura ideal. “Dado que Júpiter tiene una gran área de superficie en comparación con otros planetas del sistema solar, puede capturar más materia oscura… Así que quizás te preguntes por qué no aprovechar un sol aún más grande (y muy cercano). Bueno, la segunda ventaja es que Júpiter tiene un núcleo más frío que el Sol, lo que le da a las partículas de materia oscura un pulso térmico más pequeño. Esto puede evitar en parte que la materia oscura más clara se evapore de Júpiter, que se evaporaría del sol. “
La investigación inicial sobre Júpiter realizada por Leane y Linden aún no ha revelado la materia oscura. Sin embargo, hubo una tentadora sobreabundancia de rayos gamma a bajos niveles de energía que requerirá mejores herramientas para un examen adecuado. “Realmente vamos más allá de Fermi para analizar estos gammas de baja energía”, dijo Leane. “De cara al futuro, será interesante ver si los próximos telescopios gamma MeV como AMEGO y e-ASTROGAM encuentran rayos gamma de Júpiter, especialmente en el extremo inferior de nuestro análisis, donde la eficiencia de Fermi se está desacelerando. Quizás Júpiter todavía tenga algunos secretos que compartir “.
Tanto el telescopio AMEGO como el e-ASTROGRAM todavía se encuentran en la etapa conceptual, pero podrían ser las herramientas necesarias para encontrar materia oscura, y Júpiter podría ser el objetivo donde encontrarla.
La esquina superior izquierda muestra el número de rayos gamma en la región de 45 grados alrededor de Júpiter. En la esquina superior derecha puede ver la misma parte del cielo cuando Júpiter no está allí (fondo). La esquina inferior izquierda muestra el número de rayos gamma que quedan después de la resta de fondo. La parte inferior derecha muestra el tamaño y la posición de Júpiter desde el Telescopio Fermi. Si hay demasiada radiación gamma, el mapa inferior izquierdo debería brillar en la posición de Júpiter. A estos niveles de energía, esto no sucedió, aunque a niveles de energía más bajos, lo que requirió más observaciones con nuevos telescopios. Crédito: Rebecca Leane y Tim Linden
Leane y otro colega Juri Smirnov (Ohio) creen que una técnica similar también podría usarse para buscar materia oscura en exoplanetas similares a Júpiter o enanas marrones frías.
Los exoplanetas y las enanas marrones más cercanos al centro de la galaxia, donde hay una mayor densidad de materia oscura, deberían aparecer más calientes en el infrarrojo que los planetas y estrellas más lejanos debido a la aniquilación más frecuente de materia oscura en sus núcleos. El telescopio espacial James Webb puede realizar un estudio infrarrojo de suficientes planetas para confirmar esta teoría.
Ya sea que encontremos evidencia de materia oscura en un exoplaneta o en nuestro propio gigante gaseoso cerca de casa, tal descubrimiento marcaría un gran paso adelante en nuestro modelo del universo. No hay garantía, pero definitivamente vale la pena echarle un vistazo, y los conceptos básicos de su búsqueda están en proceso.
Proporcionado por Universe Today