Columna de Astronomía | La materia oscura según LIGO

La razón por la que la materia oscura se mantiene vigente, desde hace casi 40 años, es porque hay muy buenas opciones en el mundo de la física para explicar su existencia. Y, por supuesto, la evidencia del lado observacional es enorme.

Existen galaxias que rotan tan rápido que si su masa correspondiera únicamente a sus estrellas, la gravedad no alcanzaría para mantenerlas unidas y deberían haberse despedazado hace miles de millones de años. Para que sigan así, necesitan que haya materia oscura, esa que no brilla. Están también los cúmulos de galaxias como el Cúmulo Bala, un ejemplo de cómo el gas (materia brillante, al menos en el rango de rayos X) quedó entre medio de dos cúmulos gigantes que chocaron y pasaron de largo llevándose igual enormes cantidades de gravedad que, se estima, proviene la materia oscura. Estas y otras observaciones, como la estructura de filamentos combinada con el fondo de radiación de microondas, nos dicen que la materia oscura estaría en todo el universo.

La materia oscura tiene candidatos del lado de las partículas de supersimetría como los neutralinos, que no se pueden observar en los aceleradores de partículas actuales, pero que se podrían encontrar con experimentos de detección de materia oscura. Estos no emitirían ondas electromagnéticas e interactuarían de forma muy débil con las otras partículas como los átomos normales; por esto se los llama WIMPs por sus siglas en inglés. Su existencia explicaría todas las observaciones asociadas a la materia oscura.

Pero también hay otras posibilidades más allá de partículas fundamentales para la materia oscura. Y es aquí es donde entra LIGO. Este interferómetro ha detectado hasta la fecha cuatro ondas gravitacionales que pasaron por la Tierra, y tres de estas corresponden a colisiones entre dos agujeros negros. Es algo temprano, todavía, para poder hacer estadística con tan pocos eventos, pero el hecho de que el 75% de los casos no haya involucrado a ninguna estrella de neutrones despertó la curiosidad de la comunidad.

El que haya tantos agujeros negros, algunos de ellos muy masivos con más que 30 veces la masa del Sol, entra en conflicto con la idea de que estos provienen, en su totalidad, de la muerte de estrellas. Hay teorías un poco más atrevidas que dicen que los agujeros negros podrían también ser remanentes del mismo big bang. Y es aquí donde la cosa se pone interesante. ¿Será entonces que LIGO detecta choques de agujeros negros primordiales?

Estos agujeros negros también explicarían la fenomenología asociada a la materia oscura a la perfección; para empezar, ¡son oscuros! Pero, hasta unos 10 años atrás, se hicieron campañas muy grandes de búsqueda de agujeros negros (u objetos compactos, con el proyecto MACHO, por sus siglas en inglés) que pasaran en frente de estrellas de la Vía Láctea y modificaran por instantes su brillo. El resultado fue un poco desilusionante porque se encontraron muy pocos objetos de este tipo y, probablemente, ningún agujero negro.

Pero con las detecciones de LIGO hay varios trabajos muy recientes que están revisando esto nuevamente. Es posible que los agujeros negros primordiales no estén vagando libremente en la galaxia, sino que estén en grumos. Esto aumentaría los eventos de choque de agujeros negros binarios, por ejemplo, y los haría menos conspicuos para el proyecto MACHO.

La tarea ahora es ver si, entre los límites sentados por las observaciones de MACHO y el creciente número de ondas gravitacionales detectadas por LIGO, encontramos espacio para los agujeros negros primordiales, los que retomarían así un puesto importante entre los candidatos a materia oscura.