Un nuevo experimento para entender la materia oscura
19/6/2018 de Max Planck Institute for Radio Astronomy / Physical Review Letters
Imagen esquemática de un púlsar atrapado en el campo gravitatorio de la Vía Láctea. Las dos fuerzas indican las direcciones de fuerzas atractivas hacia la materia estándar – estrellas, gas, etc.- (flecha amarilla) y hacia la distribución esférica de la materia oscura (flecha gris). La pregunta es si la materia oscura atrae al púlsar solo con la gravedad o, además de la gravedad, con otra «quinta fuerza» todavía desconocida. Crédito: Norbert Wex; imagen de la Vía Láctea de R. Hurt (SSC), JPL-Caltech, NASA; imagen del púlsar de NASA.
¿Es la materia oscura la fuente de una fuerza todavía desconocida además de la gravedad? La misteriosa materia oscura es poco conocida e intentar comprender sus propiedades es un reto importante en la física y la astrofísica modernas. Investigadores del Instituto Max Planck de Radioastronomía han propuesto un nuevo experimento que utiliza estrellas superdensas para conocer mejor la interacción de la materia oscura con la materia estándar. Este experimento ya proporciona mejoras en los límites de las propiedades de la materia oscura pero se conseguirá un avance todavía mayor con exploraciones del centro de nuestra Vía Láctea que ya están en marcha.
Se cree que la materia oscura constituye el 80% de toda la materia de nuestro Universo. Se desconoce si la materia normal sólo se ve afectada por la gravedad de la materia oscura o si existe otra fuerza más que atraiga a la materia hacia la materia oscura, o quizás incluso que la aleje y reduzca la atracción total entre la materia normal y la materia oscura. Se trataría de una fuerza hipotética, llamada la «quinta fuerza», por añadirse a las cuatro interacciones fundamentales bien conocidas en la naturaleza (gravitación, interacción electromagnética, interacción débil e interacción fuerte).
Actualmente varios experimentos establecen límites estrictos sobre esta quinta fuerza que originaría la materia oscura. Pero ninguno ha utilizado un objeto exótico como una estrella de neutrones, lo que abre un modo completamente nuevo de comprobación de los efectos dicha quinta fuerza. «Primero, una estrella de neutrones consiste en materia que no puede crearse en un laboratorio, muchas veces más densa que un núcleo atómico y constituida casi enteramente por neutrones. Además, los enormes campos gravitatorios del interior de una estrella de neutrones, miles de millones de veces más fuertes que los del Sol, podrían en principio incrementar mucho la interacción con la materia oscura», explica Lijing Shao (MPIfR).
Los investigadores han estudiado el púlsar binario PSR J1713+0747 formado por una estrella de neutrones que gira (púlsar) con un periodo de rotación muy estable de 4.6 milisegundos y que se encuentra en una órbita de 68 días alrededor de una estrella compañera del tipo enana blanca. Para comprobar los efectos de la quinta fuerza sobre el púlsar, los investigadores comprobaron si el púlsar siente una aceleración hacia la materia oscura diferente a la que siente la enana blanca, lo que produciría una deformación de la órbita binaria, un cambio en su excentricidad, con el paso del tiempo. Los datos precisos obtenidos durante más de 20 años con varios radiotelescopios demuestran que no hay ningún cambio en la excentricidad de la órbita. «Esto significa que hasta un cierto grado muy alto la estrella de neutrones siente el mismo tipo de atracción hacia la materia oscura que hacia otras formas de materia estándar», explica Norbert Wex (MPIfR).
