C¨®mo ver la materia oscura con luz invisible

Mucha gente oye las palabras materia oscura y empieza a pensar en telequinesis, precognici¨®n, transmigraci¨®n... se entiende, porque es bastante incre¨ªble que el 80% de la materia del universo sea totalmente distinta de todo lo que estamos formados, que ni siquiera podamos verla, pero que est¨¢ 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 m¨¢s r¨¢pido de lo que deber¨ªan si no existiera materia oscura. Tambi¨¦n lo hacen las galaxias individuales en los gigantescos c¨²mulos gal¨¢cticos que forman nuestro universo. En un principio, pens¨¢bamos que esta materia oscura podr¨ªa ser materia ordinaria, ¨¢tomos o part¨ªculas elementales como las que forman todo lo que nos rodea. Despu¨¦s de todo, podr¨ªan ser cualquier cosa que no brillara como una estrella y, por tanto, no pudi¨¦ramos ver con nuestros telescopios. Nuestra ignorancia era completa. Por todo lo que sab¨ªamos, podr¨ªan ser gallinas... durante a?os se han estado buscando planetas perdidos entre las estrellas; o estrellas ya muertas; o nubes de gas muy fr¨ªo; 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

Adem¨¢s, al estudiar en detalle c¨®mo se formaron los ¨¢tomos en el Big Bang, hemos llegado a la conclusi¨®n de que la materia oscura es una materia distinta al hidr¨®geno, helio, ox¨ªgeno, carbono y dem¨¢s elementos que forman nuestro planeta, el Sol o todas las estrellas de nuestra galaxia. La materia oscura no est¨¢ hecha de las part¨ªculas elementales como los protones, neutrones o electrones que conocemos. Por tanto, no puede ser gallinas. Est¨¢ hecha de algo distinto. Y no sabemos qu¨¦ es ese algo, en gran parte porque no produce luz, permanece oscuro, y es muy dif¨ªcil estudiar algo que no podemos ver... sin embargo, en los ¨²ltimos a?os, ha surgido la idea de que quiz¨¢ la materia oscura no es realmente tan oscura. Quiz¨¢ podemos verla usando "luz invisible".

Para entender esto, vayamos al Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla canaria de La Palma. All¨ª est¨¢n algunos de los telescopios m¨¢s sofisticados de Europa. Son instrumentos con espejos inmensos y detectores extremadamente sensibles. Pero tienen una limitaci¨®n: en general, s¨®lo 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 energ¨ªa, los ojos no pueden detectarla: es el caso de los infrarrojos o de las ondas de radio. Y cuando es muy energ¨¦tica, tampoco podemos verla, como pasa con los rayos ultravioleta, los rayos X o los rayos gamma. Los rayos gamma son la luz m¨¢s energ¨¦tica que existe, y son extremadamente peligrosos. Se producen en explosiones nucleares o en el centro del Sol. Afortunadamente, los absorbe la atm¨®sfera 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 cient¨ªficos espa?oles en colaboraci¨®n con otros grupos europeos. Son los espejos de telescopio m¨¢s grandes del mundo. ?Por qu¨¦ son tan grandes? Porque cuando los rayos gamma mas energ¨¦ticos son absorbidos en la atm¨®sfera van dejando una traza de luz, como una estrella fugaz rapid¨ªsima y extremadamente d¨¦bil. S¨®lo los gigantescos espejos de los telescopios MAGIC son capaces de detectar estas debil¨ªsimas estrellas fugaces. Son pr¨¢cticamente ¨²nicos: s¨®lo hay otros tres instrumentos de su especie en el mundo.

El acelerador LHC

Ya tenemos la luz invisible, pero ?qu¨¦ tienen que ver los rayos gamma con la materia oscura? La pieza que falta en este rompecabezas la tienen en Ginebra. All¨ª est¨¢n construyendo el inmenso acelerador LHC, un t¨²nel subterr¨¢neo de kil¨®metros de longitud, con el que se pretende resolver cuestiones fundamentales como el origen de la masa. Nunca se han acelerado part¨ªculas hasta energ¨ªas tan altas. Muchos f¨ªsicos del LHC est¨¢n convencidos de que, al explorar esta regi¨®n a¨²n desconocida, tambi¨¦n detectar¨¢n un nuevo tipo de part¨ªculas elementales: las part¨ªculas "supersim¨¦tricas". Pues bien, resulta que algunas de estas part¨ªculas no emiten luz, pero tienen masa... o sea, que tienen todas las caracter¨ªsticas necesarias para ser ?la materia oscura! Si es as¨ª, en el acelerador produciremos por primera vez materia oscura artificial. Pero adem¨¢s podemos predecir m¨¢s propiedades de estas part¨ªculas supersim¨¦tricas, porque tenemos teor¨ªas que las explican. Una de las cosas m¨¢s 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 m¨¢s probabilidades de que se aniquile entre si. Por ejemplo, en el centro de nuestra galaxia, donde la gravedad podr¨ªa hacer que, a lo largo de los a?os, se concentre la materia oscura. Tambi¨¦n podr¨ªa encontrarse en grandes cantidades en el centro de los c¨²mulos de galaxias de los que habl¨¢bamos antes. O incluso en galaxias enanas, sat¨¦lites de la nuestra, pero con muy pocas estrellas y que seguramente est¨¢n 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 esper¨¢bamos, porque nos llegan poqu¨ªsimos rayos gamma, y seguramente s¨®lo tengamos ¨¦xito en cuesti¨®n de a?os. Seguimos observando, noche tras noche, con los telescopios MAGIC, buscamos materia oscura con luz invisible.

Juan Cortina pertenece al Institut de F¨ªsica d'Altes Energies de Barcelona