Un misterioso exceso de positrones detectado desde el espacio podría deberse a la materia oscura

El universo es más exótico de lo que podríamos creer. La materia que conocemos en nuestro entorno cotidiano ni siquiera es la más abundante del cosmos, a juzgar por los indicios obtenidos en años recientes sobre la existencia de una extraña forma de materia descrita como \’oscura\’. La detección, desde la Estación Espacial Internacional, de una abundancia mayor de lo normal de una clase de partículas exóticas, los positrones, delata la aparente existencia de una fuente adicional de positrones que no es ninguna de las convencionales. Dicha fuente adicional podría ser la materia oscura.

Los rayos cósmicos son haces de partículas que surcan de forma habitual el cosmos. Consisten principalmente en protones y electrones, pero incluyen asimismo otros tipos de partículas, como por ejemplo positrones. Estos, también llamados a veces antielectrones, son los homólogos en la antimateria de los electrones, con la misma masa pero con carga opuesta. La presencia de algunos positrones en el espacio puede explicarse mediante las colisiones de los rayos cósmicos, pero este fenómeno solo produciría una diminuta porción de antimateria en todo el espectro de rayos cósmicos. Dado que la antimateria es muy escasa en el universo, cualquier exceso importante de partículas de antimateria registrado en el flujo de rayos cósmicos indica la existencia de una nueva fuente de positrones.

Tal exceso misterioso de positrones se ha venido detectando en la misión de rastreo del detector AMS, fruto de una colaboración internacional en la que participan unos 600 científicos de España, México, Estados Unidos, y otras naciones. El AMS opera a bordo de la Estación Espacial Internacional. Los resultados del rastreo de este detector, que recientemente han sido presentados de modo oficial, confirman los resultados iniciales. Cuando el detector AMS llevaba poco tiempo funcionando a bordo de la Estación Espacial Internacional, ya se apreció lo que parecía ser un exceso anómalo de positrones. Ahora, los nuevos datos del AMS confirman ese exceso de positrones y proporcionan la medida más precisa hasta la fecha de la forma del espectro tanto de los electrones como de los positrones.

Los últimos resultados se basan en el análisis de 41.000 millones de partículas detectadas con el AMS, que es capaz de cartografiar el flujo de rayos cósmicos con una precisión sin precedentes. De esos 41.000 millones de partículas detectadas, hay alrededor de 10 millones que han sido identificadas como electrones y positrones. El exceso inesperado de antielectrones (positrones) en los rayos cósmicos, con respecto a la cantidad justificable por las fuentes naturales conocidas de positrones, revela la presencia de alguna fuente o fuentes desconocidas.

Es difícil determinar con certeza la naturaleza de tales fuentes desconocidas, pero teniendo en cuenta las predicciones teóricas actuales y ciertos rasgos del espectro de energía de los positrones detectados, es posible trazar un “retrato robot” del fenómeno responsable, por así decirlo, y ya hay algunos sospechosos. Las actuales mediciones podrían ser explicadas mediante objetos como los púlsares, bajo ciertas circunstancias. Sin embargo, y esto resulta especialmente sugerente, también concuerdan con lo que cabe esperar de partículas de materia oscura con una masa del orden de 1 teraelectronvoltio (TeV).

La materia oscura es una clase exótica e hipotética de materia que pasa del todo desapercibida excepto por su aparente influencia gravitacional. Los científicos llegaron a la conclusión años atrás de que hay materia extra y oculta, distribuida de un modo que tampoco se corresponde con la simple presencia de agujeros negros convencionales, y que es la responsable de que las galaxias no se fragmenten en tiras cuando giran sobre sí mismas. La gravedad es el pegamento que mantiene a las estrellas y a los planetas juntos dentro de sus galaxias, pero no hay suficiente materia visible en el universo para generar la cantidad de gravedad necesaria para evitar que las galaxias se disgreguen en jirones. Además de extraña e \’invisible\’, la materia oscura es abundante. Se calcula que la gran mayoría de la materia en el universo (más de las tres cuartas partes) se compone de ese material \’oscuro\’ que no parece emitir radiación electromagnética.

De la naturaleza de la materia oscura no se sabe casi nada. Los diferentes modelos sobre su naturaleza predicen un comportamiento diferente del exceso de positrones por encima de la fracción de positrones que se espera a partir de las colisiones ordinarias de rayos cósmicos. Por tanto, los resultados a altas energías serán de crucial importancia en un futuro próximo para evaluar si la señal procede de la materia oscura o, por el contrario, de otra fuente cósmica.

Entre los científicos que han intervenido en la investigación, figuran V. Grabski y A. Menchaca-Rocha, del Instituto de Física adscrito a la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), R. Clavero, R. García-López y D. Tescaro, del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), en La Laguna, Tenerife, España, así como M. Aguilar, J. Berdugo, J. Casaus, I. Cernuda, C. Delgado, C. Díaz, B. García, F. Giovacchini, C. Mañá, J. Marín, G. Martínez, A. Oliva, C. Palomares, I. Rodríguez, y M. Velasco, del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), en Madrid, España.