Materia oscura: proponen una nueva manera de entender su distribución en el Universo

“Proponemos una nueva manera de entender el origen y la naturaleza de los centros galácticos”, describe el investigador del CONICET Carlos Argüelles con referencia al resultado de su último trabajo que acaba de ser presentado ante la comunidad científica mundial, y en el que en coautoría con colegas italianos de la red ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network) logró explicar el comportamiento de dos objetos cercanos al núcleo de nuestra galaxia, la Vía Láctea, prescindiendo de la idea que predomina en la actualidad: la existencia de un agujero negro, es decir una región espacio-temporal con una alta concentración de masa en el centro galáctico. Las conclusiones anunciadas hoy a nivel internacional serán publicadas el próximo 9 de septiembre en la revista científica Astronomy & Astrophysics.

La materia oscura es el componente principal del Universo –se estima que el 85 por ciento de este– y su nombre se debe precisamente a que no genera ningún tipo de radiación electromagnética, es decir no emite luz visible, por lo que no puede ser observada directamente y solo es posible inferir su presencia interpretando la acción que ejerce sobre la gravitación de las galaxias y los distintos cuerpos celestes que sí se ven.

Desde 2015 cuando realizó su posdoctorado en Italia, Argüelles viene trabajando intensamente junto al mismo grupo de colegas para interpretar de qué manera se distribuye en nuestra galaxia en particular y en el Universo en general y, como un desafío mayor, dilucidar cuál fue la partícula que dio origen a la materia oscura en los primeros instantes después del evento explosivo inicial conocido como Big Bang. En un estudio anterior propusieron un modelo matemático alternativo al paradigma vigente –denominado Ruffini-Argüelles-Rueda (RAR)– que combina conceptos de física cuántica, relatividad general y termodinámica y con el que lograron resultados alentadores que les valieron un prestigioso reconocimiento internacional.

Esta vez, los expertos usaron el esquema RAR para estudiar el comportamiento de dos objetos cercanos al centro de la Vía Láctea, donde se cree existe un agujero negro con una masa de 4 millones de veces la del Sol conocido como Sagittarius A* por encontrarse en la constelación de Sagitario. Se valieron de datos sobre la órbita, posición y velocidad de ambos cuerpos registrados por los principales telescopios internacionales. En particular estudiaron una estrella joven y brillante denominada S2, que es la segunda más cercana al centro, y otro objeto que no se sabe con certeza si es una estrella o una nube de gas –en base a distintos indicadores sobre su composición se inclinan por la primera opción–, denominado G2.

“S2 está siendo monitoreada desde hace poco más de dos décadas y se tiene mucha información sobre ella. Su órbita completa lleva 16 años, es decir que ya se estudió más de una vuelta entera. “En el caso de G2, se lo viene observando desde hace unos cinco años, pero el paradigma que supone la existencia de un agujero negro central no logra explicar de manera precisa su dinámica”, cuenta Argüelles, quien se desempeña en la Facultad de Ciencias Astronómicas y Geofísicas de la Universidad Nacional de La Plata (FCAG, UNLP).

Los investigadores volcaron las variables conocidas para cada objeto en RAR tomando los mismos parámetros matemáticos usados por otros colegas en trabajos anteriores, primero considerando la presencia de un agujero negro y luego prescindiendo de esa alternativa: “Nuestro modelo permitió explicar mejor y con mayor precisión el comportamiento de los dos objetos sin necesidad de incorporar el agujero negro. Las órbitas de ambos cuerpos se condicen con la existencia de un núcleo denso de materia oscura de origen fermiónico, es decir una acumulación muy compacta –en el orden de millones de masas solares– de fermiones que según el modelo poseen un masa nueve veces más liviana que los electrones, pero son neutros. Un punto central que surge de nuestro trabajo es que este núcleo denso fermiónico está rodeado por una atmósfera diluida que se extiende hacia el exterior de la galaxia, logrando además explicar su curva de rotación, es decir la velocidad de traslación de las estrellas más externas respecto del centro”, explica el experto.

Argüelles aclara que estos resultados no indican que no existan los agujeros negros: “Por el contrario, hace pocos años un grupo de colegas logró tomar la primera imagen de uno supermasivo, de mil millones de masas solares. Lo que propone nuestro modelo es que estas regiones de origen fermiónico colapsan cuando alcanzan masas mayores a 100 millones de masas solares y son la semilla para la formación de los agujeros negros supermasivos. Es decir que aportamos luz también en ese sentido, ya que es algo que hoy tampoco se sabe con certeza”.

Una de las cuestiones que desvela a los astrofísicos es dilucidar cuál  fue la partícula que formó la materia oscura. “Ninguna de las que integran el modelo estándar sirve para explicarlo. Hay dos grandes vertientes, una propone que fue un origen bosónico y la otra que habla de un origen fermiónico, es decir a partir de una partícula del grupo de los bosones o de los fermiones, respectivamente. El candidato que usamos para medir este comportamiento de las estrellas cercanas al centro galáctico es un fermión neutro. La masa de la partícula que arroja nuestro modelo para este candidato sirve además para explicar la distribución de la materia oscura en todo el Universo”, concluye.