Un nuevo estudio sugiere que ondas gravitacionales podrían revelar materia oscura exótica
En septiembre de 2019, los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo captaron una señal inusual, registrada como GW190521, que en su momento fue catalogada como la fusión de dos agujeros negros de unas decenas de masas solares cada uno. Sin embargo, un equipo internacional liderado por científicos europeos ha presentado una hipótesis alternativa que podría cambiar radicalmente nuestra comprensión tanto de estos eventos como de la propia materia oscura.
El descubrimiento de GW190521 supuso un hito para la astrofísica: la señal, de duración brevísima y frecuencia particularmente baja, sugería la colisión de dos objetos extremadamente masivos y compactos. Este tipo de eventos, desde el primer registro de ondas gravitacionales en 2015, han sido interpretados casi exclusivamente como fusiones de agujeros negros o estrellas de neutrones, ambos remanentes estelares con densidades y campos gravitacionales extremos.
Sin embargo, la interpretación de GW190521 siempre ha presentado ciertas dificultades. Por un lado, la masa de los supuestos agujeros negros supera el límite teórico de formación por colapso estelar conocido como la “brecha de masa de Pair Instability”, lo que hace complicado explicar su origen sin recurrir a fusiones previas de agujeros negros menores. Por otro lado, la señal misma es tan breve y atípica que algunos expertos han considerado otras posibilidades.
Ahora, la nueva investigación plantea que GW190521, y quizás otras señales similares, podrían deberse no a agujeros negros en sentido estricto, sino a objetos compactos formados por materia oscura exótica. En particular, el estudio se centra en la posibilidad de que estos eventos correspondan a la fusión de “estrellas de bosones” o “estrellas de materia oscura”, estructuras hipotéticas compuestas por partículas bosónicas, como el axión, que han sido propuestas como candidatos a materia oscura.
La materia oscura, uno de los mayores enigmas de la física moderna, representa aproximadamente el 85% de la masa total del universo, pero hasta la fecha no ha sido detectada directamente. Su presencia se infiere a partir de sus efectos gravitacionales sobre galaxias y cúmulos galácticos. Durante décadas, físicos y astrofísicos han propuesto decenas de partículas y objetos compactos como candidatos a materia oscura, pero nunca se ha logrado una identificación inequívoca.
Las “estrellas de bosones” serían objetos extremadamente compactos, comparables en masa y tamaño a los agujeros negros, pero carecerían de horizonte de sucesos, la característica frontera a partir de la cual ni la luz puede escapar de un agujero negro. Según los autores del estudio, las ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos estrellas de bosones serían prácticamente indistinguibles de las de dos agujeros negros, al menos con la sensibilidad actual de los detectores LIGO y Virgo.
Sin embargo, existen diferencias sutiles en la forma de la señal, especialmente en la fase final de la fusión, conocida como “ringdown”. Mientras que un agujero negro produce una señal final muy característica, una estrella de bosones podría mostrar patrones ligeramente distintos, relacionados con su falta de horizonte de sucesos y la física cuántica que gobierna su estructura interna. El análisis detallado de GW190521, según el nuevo estudio, apunta a la posible presencia de estas diferencias, lo que abre la puerta a la identificación de materia oscura a través de ondas gravitacionales.
Este avance teórico llega en un momento de gran efervescencia para la astronomía de ondas gravitacionales. Desde que LIGO (Estados Unidos) y Virgo (Europa) lograron la primera detección directa en 2015, el campo ha experimentado un crecimiento exponencial, con decenas de fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones identificadas. Próximamente, la entrada en funcionamiento de observatorios más avanzados, como KAGRA en Japón y el futuro LIGO-India, permitirá mejorar la sensibilidad y la capacidad de distinguir entre diferentes fuentes.
Además, el desarrollo de detectores espaciales como LISA, liderado por la Agencia Espacial Europea (ESA), promete revolucionar la observación de ondas gravitacionales en frecuencias más bajas, donde podrían detectarse fusiones de objetos aún más masivos o exóticos. En este sentido, la colaboración internacional entre agencias públicas y empresas privadas, como SpaceX, Blue Origin, Virgin Galactic y la española PLD Space, está impulsando una nueva era de exploración espacial y desarrollo tecnológico, que tendrá un impacto directo en la astrofísica fundamental.
El hallazgo de que algunas de estas ondas gravitacionales podrían provenir de materia oscura exótica supondría no solo un avance en la identificación de la materia oscura, sino también una revolución en la física teórica. De confirmarse, obligaría a revisar los modelos actuales de evolución estelar y formación de estructuras compactas en el universo.
La comunidad científica espera que, con próximas observaciones y mejoras en los algoritmos de análisis de datos, sea posible confirmar la naturaleza de estos eventos y, quizá, detectar por primera vez la materia oscura a través de sus ondas gravitacionales. Sin duda, estamos ante el inicio de una nueva etapa en la exploración del cosmos, donde cada señal captada puede ocultar secretos fundamentales sobre la composición y evolución del universo.
(Fuente: SpaceDaily)
