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  • 25/01/2016

Astropartículas

Proponen un nuevo método para identificar materia oscura

El origen de las enigmáticas emisiones de rayos X procedentes del centro de la Vía Láctea y otras galaxias podría zanjarse gracias al efecto Doppler.

Physical Review Letters

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Imagen compuesta de las emisiones de la galaxia de Andrómeda en el infrarrojo (naranja) y rayos X (azul), obtenidas respectivamente por los telescopios Herschel y XMM-Newton, ambos de la ESA. Hace unos dos años, un análisis de los datos de XMM-Newton reveló la existencia de una línea de emisión en rayos X hasta entonces desconocida en los espectros de Andrómeda y otras galaxias. Varios expertos han atribuido su origen a la materia oscura. [ESA/Herschel/PACS/SPIRE/J. Fritz, Universidad de Gante (infrarrojo); ESA/XMM-Newton/EPIC/W. Pietsch, Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (rayos X).]

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Hace poco menos de dos años, un grupo de astrónomos detectó unas misteriosas emisiones de rayos X procedentes de la galaxia de Andrómeda y del cúmulo de Perseo. Independientemente y de manera casi simultánea, otro equipo identificó el mismo tipo de radiación en un análisis de la luz radiada por 73 cúmulos de galaxias. Poco después, las mismas emisiones fueron observadas también en el centro de la Vía Láctea.

Con una energía de unos 3,5 kiloelectronvoltios (keV), aquellos rayos X no parecían corresponderse con ninguna de las líneas espectrales conocidas hasta entonces, por lo que los investigadores apuntaron a la posibilidad de que se debiesen a la materia oscura, la misteriosa sustancia que da cuenta del 85 por ciento de toda la materia existente en el cosmos pero cuya naturaleza los físicos aún ignoran. No en vano, varios de los modelos propuestos para explicar la materia oscura predicen que, en las ocasionales aniquilaciones o desintegraciones de las hipotéticas partículas que la constituyen, estas deberían emitir rayos X con una energía muy similar a la observada.

Sin embargo, hasta ahora tampoco ha sido posible descartar un origen mucho más prosaico de dichas emisiones en rayos X. Otros autores han argumentado de manera convincente que la línea observada podría deberse a la radiación de ciertos elementos químicos presentes en el gas interestelar. Desde el hallazgo de las líneas, el debate sobre su origen ha dado lugar a centenares de artículos científicos.

Ahora, Eric G. Speckhard, físico de la Universidad de Ohio, y otros investigadores han propuesto un nuevo método muy general para zanjar la cuestión. Según los autores, el origen de la controvertida línea de 3,5 keV debería poder deducirse gracias al efecto Doppler; es decir, a partir del ligero desplazamiento que tendría que experimentar el «color» de la radiación —bien hacia la zona roja del espectro, bien hacia la azul— según los instrumentos de medida apuntasen en el mismo sentido en que rota el disco galáctico o en el opuesto. Los resultados aparecieron publicados la semana pasada en Physical Review Letters.

La razón que ha llevado a los investigadores a establecer tal conclusión es sencilla. Debido a su casi nula interacción con la materia ordinaria, se espera que las partículas de materia oscura tengan una velocidad media nula con respecto al sistema de referencia de la Vía Láctea. El gas, por el contrario, tiende a rotar junto con el disco galáctico, por lo que gas y materia oscura presentarían una velocidad relativa distinta con respecto al sistema solar. Como consecuencia, las emisiones de una y otra fuente deberían mostrar un desplazamiento Doppler de signo opuesto cuando se miden en la dirección de rotación del disco galáctico.

Los autores estiman que la detección del efecto requeriría medir la energía de la polémica línea de emisión con una precisión de en torno al 0,1 por ciento. Aunque dicha resolución se encuentra por encima de la que ofrecen los instrumentos actuales, Speckhard y sus colaboradores argumentan que podría lograrse con la próxima generación de espectrógrafos. A modo de ejemplo, citan el experimento Astro-H, construido por la Agencia Espacial Japonesa y cuyo lanzamiento está previsto para este mismo año. Los autores sostienen que el diseño de este observatorio debería bastar para determinar si la línea de emisión de 3,5 keV se debe a la materia oscura, al gas interestelar o a un efecto espurio causado por los instrumentos de medida. El mismo tipo de análisis debería poder aplicarse, además, a otras líneas de emisión que se detecten en el futuro.

Más información en Physical Review Letters y Physics. Una versión gratuita del artículo técnico se encuentra disponible en el repositorio arXiv.

—IyC

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