Un rayo gamma con una energía de 43.200 millones de electronvoltios no resulta especialmente extraño. El universo produce continuamente fotones mucho más energéticos. Lo extraordinario comenzó cuando numerosos rayos aparecieron amontonados casi exactamente en el mismo valor.
En lugar de formar una distribución amplia, dibujaban una línea estrecha. Y no procedían de cualquier parte del cielo: surgían en dirección a Virgo, Fornax y Ofiuco, tres enormes cúmulos de galaxias que deberían contener cantidades colosales de materia oscura.
La coincidencia convirtió una pequeña irregularidad estadística en una posible pista sobre uno de los mayores misterios de la física. Un equipo encabezado por Yi-Zhong Fan, del Observatorio de la Montaña Púrpura de China, encontró la señal al combinar 15 años y medio de observaciones del telescopio espacial Fermi de la NASA. El resultado acaba de publicarse en Physical Review Letters.
La señal apareció precisamente donde más materia oscura debía existir
Los investigadores estudiaron trece cúmulos cercanos, pero Virgo, Fornax y Ofiuco sobresalían por una razón: presentaban los mayores factores J de la muestra, una medida que estima cuánta señal produciría la aniquilación de materia oscura en cada dirección.
Al superponer sus observaciones, apareció el exceso de 43,2 GeV.
Una posible explicación serían las WIMP, hipotéticas partículas pesadas que apenas interactúan con la materia ordinaria. Dos WIMP podrían encontrarse, aniquilarse y transformar parte de su masa en fotones. Si estos salieran con energías muy parecidas, producirían una línea estrecha como la observada por Fermi.
Ese detalle es importante porque los fenómenos astrofísicos habituales (púlsares, agujeros negros o explosiones estelares) suelen emitir rayos gamma distribuidos entre muchas energías. Una línea tan definida resulta bastante más difícil de fabricar.
La señal alcanzó una significación global de 4,3 sigma al combinar los tres cúmulos. Es una cifra elevada, pero todavía inferior a los cinco sigma que la física suele exigir antes de hablar de descubrimiento. Al añadir los otros diez cúmulos, más ruidosos y menos prometedores, descendió hasta 3,7 sigma.
Los investigadores intentaron romperla y la línea siguió apareciendo
El equipo repitió el análisis utilizando diferentes grupos de datos, resoluciones energéticas, tamaños de las regiones estudiadas y modelos para calcular el fondo. También buscó una línea equivalente en el borde luminoso de la atmósfera terrestre, utilizado para detectar problemas de calibración, pero no la encontró.
Eso reduce la probabilidad de que se trate de un defecto evidente del instrumento. No elimina, sin embargo, la posibilidad de una fluctuación estadística o de un error todavía desconocido.
La prudencia tiene un precedente. Una supuesta línea de 130 GeV detectada por Fermi en 2012 provocó una enorme expectación antes de perder fuerza con nuevas reconstrucciones de los datos. La materia oscura ya ha parecido mostrarse antes para desaparecer después.
La mejor prueba contra un fallo también es el mayor problema de la hipótesis
Si Fermi estuviera generando artificialmente la línea de 43 GeV, debería aparecer en otras regiones. Pero no lo hace. El problema es que tampoco surge en el centro de la Vía Láctea, uno de los lugares donde una aniquilación convencional de WIMP debería producir una señal todavía más intensa.
Su ausencia perjudica simultáneamente dos explicaciones: hace menos probable un fallo general del telescopio, pero también complica la interpretación más sencilla basada en materia oscura. Los autores creen que sería necesario recurrir a modelos en los que la aniquilación dependa de la velocidad de las partículas, a concentraciones extremas de materia oscura dentro de los cúmulos o a un fenómeno astrofísico desconocido.
La respuesta podría llegar con VLAST, un telescopio espacial chino todavía propuesto y diseñado para captar más rayos gamma que Fermi. Según las simulaciones del equipo, si la línea es real, VLAST podría confirmarla durante sus dos primeros años.
Hasta entonces, los 43,2 GeV representan algo extraordinariamente valioso, pero todavía insuficiente: una posible huella de la materia invisible que domina el universo y, al mismo tiempo, una señal que aparece justo donde debería mientras se niega a hacerlo en el lugar más obvio.
