Durante el “amanecer cósmico”, la lejanísima época en que el Universo se hizo transparente a la luz, los átomos de hidrógeno podrían haber interactuado con materia oscura. Una nueva investigación, en efecto, respalda ahora la idea de que la detección, a principios de este año, de una absorción sorprendentemente fuerte por parte del hidrógeno primordial, podría ser una sólida evidencia de ese “otro tipo” de materia tan perseguida desde hace años por científicos de todo el mundo.

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La ilustración muestra cómo las primeras estrellas pudieron formarse a partir del hidrógeno primordial 

Sin embargo, los nuevos resultados, descritos en tres artículos en Physical Review Letters, son meramente teóricos y no resuelven el problema. Incluso el grupo de científicos que firma uno de los estudios se proclama escéptico con respecto a la interpretación favorable a la materia oscura. Sin embargo, el trabajo ha vuelto a poner sobre el tapete la cuestión y se espera que, a principios del próximo año, una nueva tanda de observaciones del Universo primitivo pueda zanjarla de una vez por todas.

Según las teorías cosmológicas dominantes, el gas de hidrógeno que existía al principio del Universo se encontraba en equilibrio térmico con el fondo cósmico de microondas, CMB, que es la radiación residual del Big Bang. Lo cual implica que ese hidrógeno no habría podido ser visible. Cien millones de años después del Big Bang, al comienzo del amanecer cósmico, la luz ultravioleta de las primeras estrellas habría excitado a esos átomos de hidrógeno, que habrían empezado a absorber mucha más radiación en la longitud de onda de transición (21 cm), lo que desde nuestra perspectiva se vería en forma de longitudes de onda más largas y desplazadas en el espectro de la CMB.

Y resulta que el pasado febrero, los investigadores del experimento EDGES, que busca precisamente las “firmas” de la reionización durante el amanecer cósmico, informaron en Nature de una súbita y puntual “caída” a una longitud de onda de 380 cm en sus instrumentos. Inmediatamente, los teóricos empezaron a especular con la posibilidad de que, de hecho, el hidrógeno estaba interactuando con partículas de materia oscura.

“La apuesta es muy alta -explica Abraham Loeb, de la Universidad de Harvard y coautor de uno de los artículos – porque si la señal es real, este experimento vale dos premios Nobel. Uno por ser el primero en detectar la señal de 21 cm en el amanecer cósmico; y el segundo por encontrar un nivel inesperado de absorción de hidrógeno que puede ser indicativo de una nueva física”.

La idea es que la materia oscura habría sido más fría que los átomos de hidrógeno y, por lo tanto, las interacciones entre ambas habrían transferido la energía del gas a la materia oscura, enfriando así el hidrógeno y aumentando la absorción. La posibilidad de que este mecanismo esté vinculado al “encendido” de las primeras estrellas fue propuesta por Rennan Barkana, de la Universidad de Tel Aviv en Israel, que sugiere en uno de los estudios que esa interacción podría involucrar a una nueva fuerza fundamental, una que actuaría solo entre la materia oscura y la ordinaria.

Loeb, sin embargo, no cree en la existencia de tal fuerza, que de ser real habría llevado a que las estrellas se enfriaran mucho más rápido de lo que se observa. Y en vez de eso, considera que la interacción podría responder a las familiares normas del electromagnetismo, que apenas requieren de una pequeña fracción de partículas de materia oscura. Visión que está ganando cada vez más apoyo entre otros investigadores.

Por otra parte, Loeb hace suya la máxima de que “las afirmaciones extraordinarias requieren de evidencias extraordinarias” y admite que la aparente señal de 21 cm captada por EDGE podría no ser más que “ruido de los instrumentos” o la absorción de radiación por parte de los granos de polvo de nuestra propia galaxia. Para dilucidar la cuestión, el científico espera los resultados que se publicarán el año próximo de varios experimentos en curso en distintos laboratorios del mundo.

«Análisis incompleto»

Incluso si la señal termina confirmándose, la materia oscura podría no ser necesariamente la responsable. En el segundo de los estudios, en efecto, Guido D´Amico y sus colegas del CERN argumentan que los defensores de la materia oscura han llevado a cabo un “análisis incompleto” al descuidar los efectos de calentamiento de la aniquilación de la materia oscura en su hipotética interacción con los átomos de hidrógeno.

El el tercer estudio, por otra parte, Anastasia Fialkov, del Centro Harvard-Smithsonian para la Astrofísica, de Estados Unidos, subraya que la hipótesis de la materia oscura arroja una predicción adicional que podría ser probada utilizando diferentes clases de radiotelescopios. De hecho, han descubierto que la señal de 21 cm debería variar en el cielo hasta 30 veces más de lo que sería si no hubiera reacciones entre materia ordinaria y materia oscura, y esa variación podría ser detectada por medio de interferómetros de baja frecuencia.

La apuesta, pues, está en el aire, y algunos investigadores optan por la posibilidad de haber detectado, por fin, materia oscura, mientras que otros permaneces prudentemente escépticos. ¿Quién tiene razón? Probablemente, los citados nuevos experimentos, entre ellos SARAS-2, LEDA y PRIzM, puedan ofrecer una respuesta en los próximos meses. Hasta entonces, solo cabe esperar…

/psg