Cómo ver la materia oscura con luz invisible

Mucha gente oye las palabras materia oscura y empieza a pensar en telequinesis, precognición, transmigración... se entiende, porque es bastante increíble que el 80% de la materia del universo sea totalmente distinta de todo lo que estamos formados, que ni siquiera podamos verla, pero que está por todas partes y que, de hecho, nos atraviesa constantemente sin que sintamos absolutamente nada.

Sin embargo, la evidencia es abrumadora. Las estrellas de nuestra galaxia se mueven mucho más rápido de lo que deberían si no existiera materia oscura. También lo hacen las galaxias individuales en los gigantescos cúmulos galácticos que forman nuestro universo. En un principio, pensábamos que esta materia oscura podría ser materia ordinaria, átomos o partículas elementales como las que forman todo lo que nos rodea. Después de todo, podrían ser cualquier cosa que no brillara como una estrella y, por tanto, no pudiéramos ver con nuestros telescopios. Nuestra ignorancia era completa. Por todo lo que sabíamos, podrían ser gallinas... durante años se han estado buscando planetas perdidos entre las estrellas; o estrellas ya muertas; o nubes de gas muy frío; o gas extremadamente caliente en el espacio entre las galaxias. Pero no parece que haya suficiente de ninguno de estos objetos.

DISTINTA A LOS ELEMENTOS QUE FORMAN LA TIERRA

Además, al estudiar en detalle cómo se formaron los átomos en el Big Bang, hemos llegado a la conclusión de que la materia oscura es una materia distinta al hidrógeno, helio, oxígeno, carbono y demás elementos que forman nuestro planeta, el Sol o todas las estrellas de nuestra galaxia. La materia oscura no está hecha de las partículas elementales como los protones, neutrones o electrones que conocemos. Por tanto, no puede ser gallinas. Está hecha de algo distinto. Y no sabemos qué es ese algo, en gran parte porque no produce luz, permanece oscuro, y es muy difícil estudiar algo que no podemos ver... sin embargo, en los últimos años, ha surgido la idea de que quizá la materia oscura no es realmente tan oscura. Quizá podemos verla usando "luz invisible".

Para entender esto, vayamos al Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla canaria de La Palma. Allí están algunos de los telescopios más sofisticados de Europa. Son instrumentos con espejos inmensos y detectores extremadamente sensibles. Pero tienen una limitación: en general, sólo ven la misma luz que vemos con nuestros ojos, cuando en realidad esta no es toda la luz que existe. Cuando la luz tiene muy poca energía, los ojos no pueden detectarla: es el caso de los infrarrojos o de las ondas de radio. Y cuando es muy energética, tampoco podemos verla, como pasa con los rayos ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma. Los rayos gamma son la luz más energética que existe, y son extremadamente peligrosos. Se producen en explosiones nucleares o en el centro del Sol. Afortunadamente, los absorbe la atmósfera por encima de nosotros. Nunca llegan al suelo.

Pero uno de los instrumentos del Roque es especial. Los telescopios MAGIC son dos espejos inmensos, tan altos como un edificio de seis pisos, que hemos construido varios grupos de científicos españoles en colaboración con otros grupos europeos. Son los espejos de telescopio más grandes del mundo. ¿Por qué son tan grandes? Porque cuando los rayos gamma mas energéticos son absorbidos en la atmósfera van dejando una traza de luz, como una estrella fugaz rapidísima y extremadamente débil. Sólo los gigantescos espejos de los telescopios MAGIC son capaces de detectar estas debilísimas estrellas fugaces. Son prácticamente únicos: sólo hay otros tres instrumentos de su especie en el mundo.

EL ACELERADOR LHC

Ya tenemos la luz invisible, pero ¿qué tienen que ver los rayos gamma con la materia oscura? La pieza que falta en este rompecabezas la tienen en Ginebra. Allí están construyendo el inmenso acelerador LHC, un túnel subterráneo de kilómetros de longitud, con el que se pretende resolver cuestiones fundamentales como el origen de la masa. Nunca se han acelerado partículas hasta energías tan altas. Muchos físicos del LHC están convencidos de que, al explorar esta región aún desconocida, también detectarán un nuevo tipo de partículas elementales: las partículas "supersimétricas". Pues bien, resulta que algunas de estas partículas no emiten luz, pero tienen masa... o sea, que tienen todas las características necesarias para ser ¡la materia oscura! Si es así, en el acelerador produciremos por primera vez materia oscura artificial. Pero además podemos predecir más propiedades de estas partículas supersimétricas, porque tenemos teorías que las explican. Una de las cosas más interesantes que predecimos es que, cuando chocan unas contra otras, se aniquilan y producen rayos gamma. Y esos rayos gamma podemos detectarlos justamente con los telescopios MAGIC.

Volvamos a La Palma. Hay que elegir sitios en el universo donde se concentre la materia oscura y, por tanto, haya muchas más probabilidades de que se aniquile entre sí. Por ejemplo, en el centro de nuestra galaxia, donde la gravedad podría hacer que, a lo largo de los años, se concentre la materia oscura. También podría encontrarse en grandes cantidades en el centro de los cúmulos de galaxias de los que hablábamos antes. O incluso en galaxias enanas, satélites de la nuestra, pero con muy pocas estrellas y que seguramente están formadas casi por completo de materia oscura. En MAGIC hemos estado seleccionando estos objetos cuidadosamente y los hemos estado observando desde que pusimos en marcha el instrumento. Por ahora, no hemos visto en ninguno de ellos rayos gamma que provengan de materia oscura. Pero es algo que esperábamos, porque nos llegan poquísimos rayos gamma, y seguramente sólo tengamos éxito en cuestión de años. Seguimos observando, noche tras noche, con los telescopios MAGIC, buscamos materia oscura con luz invisible.

Autor:   Juan Cortina (Institut de Física d'Altes Energies de Barcelona)