Un nuevo tipo de materia oscura podría estar detrás de dos fenómenos misteriosos de nuestra galaxia

Un tipo específico de materia oscura de baja masa podría estar detrás de la ionización anómala del hidrógeno, que normalmente se observa en estado neutro, y que no puede explicarse por otros fenómenos, como los rayos cósmicos. Esta es la conclusión de una reciente investigación con participación española que ha propuesto una innovadora explicación para un misterioso fenómeno que ocurre en el centro de nuestra galaxia.

El trabajo ha sido liderado por Pedro De la Torre Luque, investigador del Instituto de Física Teórica (UAM-CSIC); ShyamBalaji, del King's College de Londres y el miembro emérito del New College de Oxford e incluso considerado como candidato al Premio Nobel, Joseph Silk.

Concretamente, los investigadores sugieren que esta ionización podría ser el resultado de aniquilaciones de materia oscura de baja masa, específicamente, con masa sub-GeV (por debajo del rango de los gigaelectronvoltios).

El fenómeno de la ionización del hidrógeno en el centro de nuestra galaxia, en la llamada Zona Molecular Central de la Vía Láctea, ha desconcertado a los científicos durante años. En esta región se encuentra hidrógeno en una alta proporción, que normalmente debería estar en un estado neutro.

No obstante, los científicos han detectado que este hidrógeno se encuentra en un estado ionizado en cantidades muy superiores a las esperadas: es decir, sus átomos han perdido electrones, lo que implica la presencia de una fuente energética constante. Esta ionización no puede explicarse mediante los procesos habituales, como los rayos cósmicos, lo que ha llevado a los investigadores a buscar nuevas explicaciones.

La conclusión del estudio sugiere que la causa podría ser la materia oscura de baja masa, una forma misteriosa de materia que aún no hemos podido observar directamente, en un rango de masa mucho menor al considerado habitualmente.

A diferencia de los WIMPs (partículas masivas que interactúan débilmente), que son el candidato tradicional para la materia oscura, esta investigación se enfoca en materia oscura de menor masa, en el rango de los megaelectronvoltios (MeV). Esta «materia oscura sub-GeV» podría emitir partículas ligeras como electrones y fotones.

Otro aspecto fascinante de este estudio es la posible conexión con la línea de emisión de 511 kiloelectronvoltios (keV), asociada a la aniquilación de positrones en el centro galáctico. Los positrones son las antipartículas de los electrones, y cuando un positrón se encuentra con un electrón, ambos se aniquilan y producen dos fotones, cada uno con una energía de 511 keV. Esta línea es como una «firma» específica que indica la presencia de positrones en grandes cantidades.

El estudio sugiere que la misma materia oscura de baja masa que podría estar ionizando el hidrógeno en la Zona Molecular Central también podría ser responsable de generar pares de electrones y positrones que se aniquilan y producen la línea de emisión de 511 keV. Si la materia oscura de baja masa se aniquila en el centro galáctico, esto podría producir pares de electrones y positrones. Y estos positrones a su vez se aniquilarían con electrones, generando así la característica línea de emisiónde 511 keV.

Este enigma ha sido una fuente de debate en la comunidad científica, y la hipótesis de que ambas observaciones (la ionización del hidrógeno y la emisión de la línea de 511 keV) puedan estar relacionadas añade un nuevo nivel de interés al estudio.

Según Pedro de la Torre Luque, investigadordel IFT y uno de los autores principales del estudio, la hipótesis propuesta no posee ningún tipo de limitación o restricción: «El modelo es consistente conciertos perfiles de distribución de materia oscura que difieren del modelo estándar de Navarro-Frenk-White».

«Además, este enfoque evita restricciones cosmológicas y no genera emisiones secundarias detectables en otras longitudesde onda, como radio, rayos X o gamma, lo que lo hace aún más atractivo desde el punto de vista teórico», concluye.