Qué es la materia oscura y por qué es tan difícil de estudiar
La materia oscura no emite, refleja ni absorbe luz, por lo que no puede observarse directamente con instrumentos convencionales. Su existencia se infiere a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible, como la rotación de las galaxias o la curvatura de la luz en lentes gravitacionales. Sin embargo, saber qué es exactamente sigue siendo uno de los mayores enigmas de la física moderna. Se han propuesto múltiples estrategias para detectarla, pero ninguna ha logrado confirmarla de forma concluyente.
El modelo MAD y la dinámica alrededor de los agujeros negros
El EHT, una red global de radiotelescopios que opera mediante interferometría de línea de base muy larga (VLBI), ha captado radiación de alta frecuencia (230 GHz) que permite visualizar regiones cercanas a agujeros negros como M87* y Sagitario A*. En estos estudios, el modelo que mejor ha replicado las observaciones reales es el llamado modelo de disco magnetizado arrestado (MAD).
En este modelo, el disco de acreción que rodea al agujero negro está penetrado por intensos campos magnéticos que controlan el flujo de materia y generan potentes chorros de plasma que emergen de forma perpendicular al disco. Esta configuración explica por qué la sombra del agujero negro aparece tan oscura: los electrones responsables de la emisión de luz se concentran en el disco, dejando las zonas superiores e inferiores (los chorros) relativamente vacías de partículas.
Y es precisamente esta oscuridad la que ofrece una oportunidad única para buscar señales sutiles que no serían visibles en otros entornos más caóticos.
El rol de la materia oscura en la «habitación oscura» del universo
En las cercanías de un agujero negro supermasivo, la materia oscura se vería atraída por su enorme gravedad, acumulándose en una región conocida como pico de densidad de materia oscura. A diferencia de otras zonas del universo donde esta materia está más dispersa, en este entorno alcanza concentraciones miles de veces mayores.
Cuando la materia oscura se encuentra a densidades tan altas, se hace más probable que sus partículas se aniquilen entre sí, produciendo electrones y positrones que pueden emitir radiación detectable en presencia de campos magnéticos. Según los autores del estudio, estos productos de aniquilación podrían llenar incluso las regiones oscuras de la sombra del agujero negro, contrastando con la escasez de electrones típica en el modelo MAD.
Simulaciones avanzadas para una imagen más precisa
El equipo liderado por Jing Shu y Yifan Chen ha desarrollado una estructura de simulación que combina física de partículas y astrofísica de manera coherente. A diferencia de estudios anteriores que usaban modelos esféricos simplificados, esta nueva propuesta emplea simulaciones magnetohidrodinámicas relativistas (GRMHD) basadas directamente en el modelo MAD.
Esto permite generar imágenes sintéticas más realistas, donde se puede distinguir la emisión provocada por el plasma ordinario de la emisión potencial causada por la materia oscura. Analizaron diferentes canales de aniquilación, incluyendo pares de quarks bottom y electrones-positrones, para una amplia gama de masas de materia oscura, desde valores sub-GeV hasta 10 TeV.
Lo interesante del enfoque no está solo en la intensidad total de la radiación, sino en su morfología: cómo se distribuye espacialmente la luz en las imágenes del EHT. Las diferencias sutiles en la forma y brillo de la sombra permiten establecer límites más estrictos a las propiedades de la materia oscura, incluso si la señal total es débil.
Qué nos dice la morfología de la sombra
Al superponer los datos de aniquilación de materia oscura sobre las simulaciones MAD, se pueden buscar desviaciones del patrón de oscuridad esperado. Si ciertas zonas muestran un leve brillo inesperado donde debería haber vacío, podría ser una pista de la presencia de materia oscura.
Esta técnica ha demostrado ser más eficaz que otras estrategias basadas solo en la luminosidad total, ya que puede descartar áreas significativas del espacio de parámetros posibles para la materia oscura, alcanzando sensibilidades de hasta 10⁻²⁷ cm³/s. Todo esto con las observaciones actuales del EHT, lo cual ya representa un avance notable frente a otros métodos indirectos.
Mejoras en el EHT y nuevas posibilidades para el futuro
Los próximos avances tecnológicos en el EHT prometen una resolución angular mayor y un rango dinámico ampliado, algo así como pasar de una cámara estándar a una con modo HDR, donde se pueden ver tanto las zonas brillantes como las sombras con más detalle. Esto permitirá observar con mayor nitidez las regiones más cercanas al horizonte de sucesos, aumentando las probabilidades de detectar señales débiles asociadas con la materia oscura.
Además, los investigadores planean aprovechar otras herramientas del EHT, como los datos de polarización, que revelan cómo los campos magnéticos afectan la luz, y realizar observaciones en múltiples frecuencias. Al igual que ver una escena con diferentes colores de luz, esto permite separar mejor las señales astrofísicas normales de aquellas que podrían tener un origen exótico.
El estudio transforma la sombra del agujero negro en algo más que una imagen espectacular: la convierte en un laboratorio natural donde colisionan la física de partículas, la gravitación extrema y la observación astronómica. Un enfoque que, aunque aún no confirma la existencia de materia oscura, redefine el camino para encontrarla.
☞ El artículo completo original de Natalia Polo lo puedes ver aquí
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