Después de décadas buscándola bajo montañas, en aceleradores de partículas y enormes instalaciones subterráneas, la materia oscura continúa sin mostrar directamente de qué está hecha. Sabemos que algo invisible ejerce una influencia gravitatoria decisiva sobre galaxias y cúmulos, pero su naturaleza continúa siendo uno de los grandes problemas abiertos de la física.
Ahora, un grupo de investigadores ha decidido convertir algunos de los objetos más grandes que tenemos cerca en parte del experimento: Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno.
Carlos Blanco, Rebecca Leane, Marianne Moore y Joshua Tong han analizado observaciones ultravioletas de las caras nocturnas de los cuatro gigantes obtenidas por Voyager 1, Voyager 2 y New Horizons. Su propuesta, publicada en Physical Review Letters, es sorprendente: si determinadas partículas de materia oscura quedan capturadas por estos planetas y posteriormente se aniquilan, la energía liberada podría hacer que sus atmósferas brillen débilmente en ultravioleta.
No han encontrado todavía la materia oscura. Pero han conseguido algo importante: reducir considerablemente el espacio en el que puede esconderse.
La materia oscura podría estar haciendo brillar las noches de los planetas gigantes
La idea aprovecha precisamente una de las características que hacen especiales a estos mundos: son enormes y poseen atmósferas dominadas por hidrógeno.
Mientras el sistema solar viaja por la galaxia, ciertos modelos predicen que partículas de materia oscura podrían chocar con la materia ordinaria de un planeta, perder energía y quedar atrapadas gravitacionalmente. Si esas partículas pueden aniquilarse entre sí, liberarían energía dentro de la atmósfera.
Los electrones producidos directa o indirectamente durante ese proceso podrían entonces excitar moléculas de hidrógeno molecular (H₂). Cuando estas regresan a estados energéticos inferiores, producen radiación ultravioleta en las bandas de Lyman y Werner. En otras palabras: una partícula invisible podría delatarse haciendo que un planeta brille.
El problema es que la luz solar genera muchísimo más ruido. Por eso los investigadores recurrieron específicamente a observaciones realizadas en los lados nocturnos, donde la radiación procedente del Sol deja de dominar la señal.
Rescataron datos de antiguas sondas y los usaron para buscar una partícula que nadie ha visto
Lo llamativo es que parte del experimento ya había ocurrido décadas atrás. Voyager 1 y Voyager 2 atravesaron el sistema solar exterior durante los años 70 y 80, mientras New Horizons visitó Júpiter en su camino hacia Plutón. Aquellas misiones recopilaron datos ultravioletas que ahora pueden reutilizarse con una pregunta completamente diferente a aquella para la que fueron obtenidos originalmente.
Los científicos buscaron un exceso de resplandor ultravioleta nocturno que pudiera atribuirse a la inyección de energía producida por materia oscura. No apareció una señal inequívoca. Sin embargo, la ausencia de ese exceso permitió establecer nuevos límites sobre cuánto pueden interactuar las hipotéticas partículas oscuras con los nucleones de la materia convencional.
Para determinados escenarios y masas cercanas a 1 GeV, el estudio restringe la sección eficaz de dispersión materia oscura-nucleón hasta aproximadamente 10⁻⁴⁰ centímetros cuadrados, entre los límites más exigentes obtenidos mediante esta técnica planetaria.
El siguiente detector de materia oscura podría ser un planeta que ni siquiera orbita nuestro Sol
El trabajo no termina en estos cuatro mundos.
En otro estudio publicado prácticamente al mismo tiempo en Physical Review D, el equipo combinó este resplandor ultravioleta con mediciones del flujo térmico interno de planetas, datos ionosféricos terrestres y otras observaciones para demostrar que la Tierra, los gigantes gaseosos y los gigantes helados pueden explorar regiones distintas de las posibles propiedades de la materia oscura. Y aparece una posibilidad todavía más extrema.
Los autores calculan que un super-Júpiter errante, un planeta gigantesco que viaje por la galaxia sin orbitar ninguna estrella, podría convertirse en un detector natural excepcional. Sin una estrella cercana iluminando y calentando su atmósfera, cualquier energía adicional sería potencialmente más fácil de aislar.
Eso convierte a los futuros telescopios ultravioletas capaces de estudiar gigantes del sistema solar y exoplanetas en una herramienta inesperada para la física de partículas.
Durante años hemos construido detectores cada vez más profundos, fríos y sensibles para encontrar aquello que parece atravesarnos sin dejar rastro. Puede que una parte de la respuesta haya estado todo este tiempo flotando delante de nosotros: cuatro planetas gigantes, utilizando sus propias atmósferas como detectores de una materia que todavía nadie ha conseguido ver.
