Un equipo internacional de científicos ha mostrado por primera vez que la existencia de un tipo de materia oscura podría explicar la mayor parte de las incógnitas asociadas con el “problema de la composición solar”.
El astro solar sigue escondiendo misterios en su interior. En un nuevo estudio, un equipo internacional de científicos ha mostrado por primera vez que la existencia de un tipo de materia oscura podría explicar la mayor parte de las incógnitas asociadas con el “problema de la composición solar”. Este problema y su solución ha desafiado todos los intentos realizados desde su aparición hace una década. El equipo formado por científicos de la Universidad de Durham (Reino Unido), del Imperial College (Reino Unido) y del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC) publica sus resultados en el último número de la revista Physical Review Letters.
La estructura interna del Sol se conoce con un alto grado de precisión gracias al estudio de las oscilaciones observadas en su superficie, la heliosismología, de manera análoga a la sismología en la Tierra, que estudia la estructura terrestre a partir de ondas sísmicas. Pero ¿cuál es la composición química del Sol? “No se sabe con certeza”, afirma Aldo Serenelli (IEEC-CSIC), “su determinación se realiza mediante el estudio del espectro solar, donde cada elemento químico presente en la superficie del Sol se manifiesta a través de una serie de líneas espectrales (zonas de mayor o menor intensidad) única”, añade Serenelli. Hace una década, gracias a mejoras en las técnicas de análisis espectroscópico, la composición química superficial del Sol fue revisada completamente, resultando en una concentración de metales un 40% menor a lo que se creía anteriormente.
La revisión de la composición química solar llevó a la aparición del “problema de la composición solar”: una serie de discrepancias sobre la estructura interna del sol entre las predicciones de modelos teóricos de estructura solar, que utilizan las medidas espectroscópicas como base para predecir su estructura, y las propiedades del Sol que pueden ser deducidas en base a las técnicas de heliosismología. Los científicos vieron que faltaba una pieza para completar los modelos teóricos de la estructura del Sol, pero ¿cuál?
La materia oscura como explicación de las discrepancias
La materia oscura representa más del 80% de la materia del Universo y es invisible a los detectores habituales, y aunque su existencia está ampliamente consensuada por los científicos, no ha podido ser aún detectada en laboratorios terrestres. Dentro del Sol, la materia oscura transporta energía, absorbiendo energía en las zonas centrales y viajando hacia regiones más alejadas y frías, donde deposita su exceso de energía. A diferencia de la materia ordinaria, la materia oscura no pierde energía en el viaje, porque interactúa muy débilmente con el medio.
De esta manera, los modelos teóricos del Sol que contemplan la materia oscura en su interior predicen la modificación de su estructura en comparación a modelos solares estándar que no tienen en cuenta el efecto de dicha materia.
En el caso de la materia oscura asimétrica, la que los científicos piensan que se haya en el interior del sol, se produce una mayor acumulación de materia oscura porque no se auto-aniquila. “Auto-aniquila en el sentido que una partícula interactúa consigo misma y se convierte completamente en energía (rayos gamma, en este caso), lo cual maximiza su impacto en la estructura solar”, explica Serenelli. A diferencia de trabajos anteriores los científicos consideran un tipo de materia oscura cuyas interacciones con la materia normal depende críticamente del cambio de momento durante la colisión. Los resultados muestran un “muy buen acuerdo” con las observaciones de estructura solar, ofreciendo la mejor solución hasta hoy al problema de la composición solar.
Un aspecto interesante adicional del trabajo es que conecta dos problemas en apariencia diferentes: déficits en modelos solares y materia oscura, el principal componente de materia del Universo. Es una posibilidad que este trabajo muestre la primera evidencia de las propiedades de la partícula que forma la materia oscura. Las propiedades de la materia oscura asimétrica propuesta en el trabajo están en acuerdo con cotas establecidas en experimentos de detección directa de materia oscura y permiten, además, explicar ciertas anomalías observadas en este tipo de experimentos.
La puesta en marcha de nuevo del Gran Colisionador de Partículas de Ginebra abre el camino para confirmar la viabilidad de la teoría que proponen los investigadores, “la búsqueda de materia oscura asimétrica en colisionadores de partículas aún no ha sido descartada, por lo que su existencia puede ser confirmada o rechazada pronto”, concluye Serenelli.
Vincent, A.C., Scott, P., Serenelli, A., Possible Indication of Momentum-Dependent Asymmetric Dark Matter in the Sun, Phys. Rev. Lett. 114, 081302 (2015)