Si la materia oscura está hecha de neutrinos estériles, una nueva encuesta ha delimitado qué buscar
No sabemos qué es la materia oscura. Sabemos lo que no es y eso es un problema. La materia está formada por partículas elementales, desde los quarks y los electrones que forman los átomos y las moléculas, hasta los neutrinos primordiales diseminados por todo el cosmos. Pero ninguna de las partículas elementales conocidas puede comprender materia oscura, entonces, ¿qué es?
La tabla periódica de partículas elementales. Crédito: dominio público, a través de Wikipedia
Se han propuesto varias ideas, desde partículas masivas de interacción débil (WIMP), hasta partículas hipotéticas conocidas como axiones y pequeños agujeros negros. Pero hasta ahora, la evidencia no respalda realmente estas ideas. Entonces, los astrónomos han buscado otra partícula teórica conocida como neutrinos estériles.
Los neutrinos son una forma de materia oscura, porque tienen masa e interactúan débilmente con la luz. Pero los neutrinos tienen una masa tan pequeña y una energía tan alta que se mueven por el universo casi a la velocidad de la luz. Por esta razón, se les conoce como materia oscura caliente. Sabemos por observaciones que la materia oscura es mayoritariamente fría, lo que significa que las partículas de materia oscura deben moverse con relativa lentitud. Entonces, si bien los neutrinos constituyen una pequeña parte de la materia oscura, la mayor parte debe ser otra cosa.
La helicidad de los neutrinos y antineutrinos. Crédito: Revisión del Universo
Hay tres tipos conocidos o sabores de neutrinos, y tienen algunas propiedades bastante extrañas. Una de estas extrañas propiedades es su helicidad. Las partículas elementales tienen giro, y cuando viajan, el giro está orientado a lo largo de su dirección de movimiento (helicidad de la mano derecha) o en sentido opuesto a su movimiento (helicidad de la mano izquierda). La mayoría de las partículas pueden tener una helicidad dependiendo de la interacción, pero la helicidad de los neutrinos siempre es zurda. No estamos del todo seguros de por qué, pero sí sabemos que si los neutrinos diestros existieran, no interactuarían con la materia regular a través de la fuerza electrodébil. Solo interactuarían con la materia gravitacionalmente, por lo que se los conoce como neutrinos estériles.
Si existen neutrinos estériles, y son simplemente neutrinos regulares con helicidad hacia la derecha, entonces serían materia oscura caliente y no la materia oscura fría que estamos buscando. Pero hay algunas teorías en las que los neutrinos estériles son mucho más masivos que los neutrinos normales. Estos neutrinos estériles pesados podrían comprender materia oscura. Eso es si existen.
Si hay neutrinos estériles pesados por ahí, podrían ser descubiertos por su desintegración radiactiva. Las partículas pesadas pueden descomponerse en partículas más ligeras con el tiempo, por lo que es posible que los neutrinos estériles puedan descomponerse en sus contrapartes más ligeras, emitiendo fotones de rayos X en el proceso. En un esfuerzo por descubrir estas emisiones de rayos X, un equipo revisó los datos del Observatorio de Rayos X Chandra. No encontraron ninguna evidencia de neutrinos estériles. Sus resultados no fueron lo suficientemente sólidos como para descartar por completo la idea, pero limita un poco a los candidatos teóricos. Específicamente, el estudio impone un límite estricto a la forma en que los neutrinos estériles pueden descomponerse si existen.
Todavía no sabemos qué es la materia oscura. Estudios como este pueden parecer decepcionantes, pero juegan un papel importante. Al reducir nuestras opciones, nos obligan a centrarnos en candidatos de materia oscura más viables. Hemos aprendido algo más, pero por ahora, todavía estamos en la oscuridad.
Referencia:Sicilian, Dominic, et al. “ Sondando el halo de materia oscura de la Vía Láctea en busca de la línea de 3,5 keV .”El diario astrofísico905.2 (2020): 146.