Científicos del CONICET abren camino para medir uno de los grandes misterios del Universo: la materia oscura

La materia oscura es un componente del Universo presente en todos lados pero invisible. Se la equipara a los protones que forman el agua o la tierra, que no se ven, aunque se sabe que existen. Esa condición hace que, para los científicos, sea extremadamente misteriosa: no se la puede ver ni tocar, no tiene interacción electromagnética y sólo es posible sentirla gravitatoriamente y a niveles gigantescos, a una escala de toda la Galaxia. “Lograr detectarla en forma directa con un experimento que se active cuando pasa sería un hito fantástico”, advierte el científico del CONICET Ezequiel Alvarez, especializado en física de altas energías y Machine Learning del Instituto de Ciencias Físicas (ICIFI), quien acaba de dar un paso importante en ese sentido al publicar un paper en la revista Physical Review D. Se trata de un estudio en el cual logró inferir nuevas cotas a la presencia de materia oscura en fallas ocurridas en el detector de ondas gravitacionales conocido mundialmente como Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferometría Láser (LIGO), apostado en Estados Unidos. 

Pero, ¿qué son las ondas gravitacionales? No tienen que ver con procesos terrestres: son señales de lo que ocurre en el espacio exterior. El detector LIGO, que comenzó a estar operativo en 2015, fue inaugurado para ampliar el campo de la “astrofísica de ondas gravitacionales”, es decir, para detectar de manera directa las ondas gravitacionales predichas por la Teoría General de la Relatividad de Einstein. A través de un láser, este detector mide diminutas ondulaciones en el espacio-tiempo, causadas por el paso de ondas gravitacionales procedentes de eventos cósmicos como la colisión de estrellas de neutrones, agujeros negros y supernovas, algunos de los cuales ocurren a 1.300 millones de años luz de distancia de la Tierra. “Este detector es asombroso, ha llegado a medir colisiones de agujeros negros, y aún lo hace a una tasa de uno por semana. El tema es que es tan sensible que también se activa con cosas diminutas, como por ejemplo con la rompiente de las olas cuando hay tormenta. Se tiene una lista de muchísimas cosas diminutas que lo activan, pero aun así hay muchas activaciones cuyo origen se desconoce y se los llama ´glitches´ o ´fallas´. Nosotros quisimos estudiar esas aparentes fallas”, explica Álvarez. 

Lo que postuló en el paper junto a su equipo, compuesto por el doctorando del CONICET Federico Ravanedo y a N. Yunes y S. Perkins de universidades de EEUU, es que esas supuestas fallas de LIGO no son en realidad fallas, sino que corresponden a materia oscura que pasa cerca del detector y lo activa. Para comprobar esa hipótesis, los científicos investigaron cada falla e intentaron ver si podía explicarse como materia oscura pasando. “Encontramos que de unos cien glitches estudiados, nueve no podían descartarse que fueran materia oscura. Como el detector va barriendo espacio en la Galaxia, saber que no más de nueve glitches podían ser materia oscura nos permitió colocar nuevos límites directos para la materia oscura en forma de grumos en la vecindad de la Tierra. Ese resultado es muy relevante, ya que es una medición directa que pone un nuevo límite sobre la materia oscura, y además abre un camino para hacer más mediciones directas utilizando detectores de ondas gravitatorias”.

En busca de la materia oscura: un nuevo enfoque para detectar lo invisible

Con esta inferencia, además de inaugurar nueva dirección relacionada con astrofísica experimental y búsqueda de exotismos usando datos reales de ondas gravitacionales, los científicos abren una perspectiva “para mejorar límites sobre la materia oscura en nuestra cercanía. En efecto, ya estamos trabajando en un segundo paper para mejorar aún más los límites existentes utilizando todos los glitches de LIGO, que son del orden de cientos de miles”, advierte Álvarez. Y concluye: “Poner límites directos sobre la existencia de la materia oscura nos acerca a entenderla más. Cada límite experimental directo o indirecto descarta modelos y acota las propiedades posibles de la materia oscura. Estudiarla es clave para entender la formación y evolución de estructuras cósmicas”.