Diez segundos y algo de suerte: es todo lo que se necesita para descubrir, por fin, la materia oscura

La naturaleza de la materia oscura ha eludido a los astrónomos durante 90 años, desde que se dieron cuenta de que el 85% de la materia del Universo no es visible a través de nuestros telescopios. Ese 'otro' tipo de materia, en efecto, no emite radiación alguna (por lo que es indetectable para nosotros) pero su gravedad delata su presencia y nos ha permitido saber que es hasta cinco veces más abundante que la materia ordinaria, esa de la que todo lo que sí vemos está hecho.

El candidato más probable a materia oscura hoy en día es el axión, una hipotética partícula que investigadores de todo el mundo están tratando desesperadamente de encontrar. Ahora, un equipo de astrofísicos de la Universidad de California en Berkeley cree que los axiones podrían ser descubiertos apenas unos segundos después de detectar un tipo muy especial de rayos gamma emitidos por la explosión de una supernova que esté lo suficientemente cerca de nosotros.

En un estudio recién publicado en 'Physical Review Letters', los investigadores sostienen que, si realmente existen, los axiones se generarían en grandes cantidades durante los diez primeros segundos tras el colapso de una estrella masiva en una estrella de neutrones, y que esos axiones escaparían y se transformarían en rayos gamma de alta energía a caballo del intenso campo magnético de la estrella muerta.

Lo malo es que, en la actualidad, una detección así solo está al alcance del único telescopio de rayos gamma que tenemos en órbita, el Telescopio Espacial Fermi, que además tiene que estar apuntando directamente a la estrella justo en el momento de su explosión. Algo que, teniendo en cuenta el campo de visión del telescopio supone aproximadamente una posibilidad entre diez.

La buena noticia, sin embargo, es que se necesitaría una única detección de esos rayos gamma para determinar con precisión la masa del axión, en particular la del llamado 'axión QCD', entre una amplia gama de masas teóricas, incluidas las que ahora se están explorando en experimentos en la Tierra. Incluso la falta de detección de esas masas sería un gran avance, ya que eliminaría una amplia gama de masas potenciales para el axión y permitiría suprimir muchas de las búsquedas actuales de materia oscura y centrarse sólo en las más probables.

El problema es que, para que los rayos gamma sean lo suficientemente brillantes como para que podamos detectarlos, la supernova tiene que estar cerca (dentro de nuestra Vía Láctea o de una de sus galaxias satélite) y una explosión tan próxima solo sucede, de media, una vez cada pocas décadas. La última supernova cercana 1987A, estalló en el año 1987 en la Gran Nube de Magallanes, una de las galaxias satélites de la Vía Láctea. En aquel momento, un telescopio de rayos gamma ya retirado, la Misión Máximo Solar, apuntaba en la dirección correcta, pero según el equipo de Berkeley no era lo suficientemente sensible como para poder detectar la intensidad prevista de los rayos gamma generados por axiones.

«Si hoy viéramos una supernova como 1987A con un telescopio moderno de rayos gamma -explica Benjamin Safdi, autor principal del artículo- , podríamos detectar o descartar este axión QCD, el más interesante de los axiones, en gran parte de su espacio de parámetros, tanto los que no se pueden probar en laboratorio como también la mayor parte de los que sí. Y todo sucedería en 10 segundos».

Lo peor, dicen los investigadores, sería que cuando por fin estalle la tan esperada supernova no estemos preparados para ver esos codiciados rayos gamma. Por eso, ofrecen a los científicos que ahora están construyendo los próximos telescopios de rayos gamma las especificaciones necesarias para la observación, y proponen incluso toda una flota de pequeños telescopios que, juntos, puedan cubrir la totalidad del cielo 24 horas al día y siete días a la semana.

«Creo que todos los que trabajamos en este artículo estamos estresados por la posibilidad de que haya una supernova cercana antes de que tengamos la instrumentación adecuada -asegura Safdi-. Sería una verdadera lástima que mañana estallara una supernova y perdiéramos la oportunidad de detectar el axión, porque es posible que no haya otra hasta dentro de 50 años».

Según Safdy, la hipótesis ahora está lista para ser probada, y lo único que podemos hacer es esperar al estallido de la próxima supernova cercana, algo que podría ocurrir igual mañana que dentro de una década. El mejor de los escenarios sería que, en ese preciso momento, el telescopio espacial Fermi estuviera observando justo en esa dirección. Entonces, y en cuestión de segundos, podríamos responder a una de las preguntas más difíciles de la ciencia.

«La posibilidad de que eso ocurra -admite Safdy- es pequeña. Pero si Fermi lo viera, podríamos medir la masa del axión QCD. Podríamos medir su fuerza de interacción. Podríamos determinar todo lo que necesitamos saber sobre él y tendríamos una confianza increíble en la señal, porque no existe ninguna materia ordinaria que sea capaz de crear tal evento».