¿Qué son las enanas oscuras y por qué podrían revolucionar la búsqueda de materia oscura?
Un nuevo tipo de estrella podría estar brillando en secreto en el corazón de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Las enanas oscuras, alimentadas por materia oscura, prometen sacar a la luz los secretos mejor guardados del universo invisible.
Por Enrique Coperías
Representación artística realista de una enana oscura: un objeto subestelar cuya energía proviene de la aniquilación de partículas de materia oscura en su núcleo, permitiéndole brillar sin necesidad de fusión nuclear. Se cree que estos cuerpos podrían encontrarse en regiones densas del centro galáctico. Imagen generada con DALL-E
Un nuevo estudio teórico sugiere la existencia de una clase completamente nueva de objetos astronómicos, hasta ahora desconocidos y profundamente intrigantes.
Hablamos de las enanas oscuras, una especie de estrellas fallidas que no brillan gracias a la fusión nuclear, como hacen el Sol o las estrellas más pequeñas del universo, sino a través de la misteriosa materia oscura. Aunque su nombre sugiere lo contrario, las enanas oscuras no son invisibles; su denominación proviene de su vínculo íntimo con una de las formas más escurridizas de materia del cosmos.
El trabajo, elaborado por un equipo angloestadounidense liderado por investigadores de las universidades de Durham, Liverpool y Hawái, explora un nuevo escenario en el que la aniquilación de partículas de materia oscura proporciona la energía suficiente para sostener y estabilizar a cuerpos con masas por debajo del límite necesario para la fusión del hidrógeno.
Las enanas oscuras, que en condiciones normales se apagarían y enfriarían lentamente como las conocidas enanas marrones, podrían mantenerse brillando eternamente gracias a este mecanismo alternativo.
Qué es la materia oscura
Aunque es uno de los pilares de la cosmología moderna, la materia oscura sigue siendo un misterio en muchos aspectos. Sabemos que existe por sus efectos gravitacionales en galaxias, cúmulos y estructuras a gran escala del universo, pero no emite ni refleja luz, por lo que permanece invisible a nuestros telescopios.
«Pensamos que el 25% del universo está compuesto por un tipo de materia que no emite luz, lo que la hace invisible para nuestros ojos e instrumentos. Solo la detectamos por su efecto gravitacional. Por eso la llamamos materia oscura», explica Jeremy Sakstein, físico de la Universidad de Hawái y coautor del estudio.
Durante décadas, se han propuesto múltiples candidatos para explicar de qué está hecha esta materia invisible. Entre ellos, destacan las partículas masivas débilmente interactuantes, conocidas como WIMP (por sus siglas en inglés), que podrían atravesar el universo sin apenas interactuar con la materia común.
«Las WIMP serían partículas muy masivas que apenas interactúan con la materia ordinaria: no emiten luz, no responden a las fuerzas electromagnéticas y solo se hacen notar por la gravedad», apunta Sakstein.
Si las WIMP existieran, podrían ser atrapadas por objetos astronómicos como estrellas o planetas a lo largo de millones de años. Una vez en su interior, estas partículas podrían aniquilarse entre sí, liberando energía. Y aquí es donde entra en juego la sorprendente posibilidad de las enanas oscuas.
Cuando la materia oscura alimenta el brillo de las enanas oscuras
En el modelo estándar de evolución estelar, las estrellas brillan gracias a la fusión nuclear de átomos de hidrógeno en sus núcleos, un proceso que requiere alcanzar temperaturas y presiones extremadamente altas. Para lograrlo, una estrella debe tener una masa mínima: aproximadamente un 7,5% de la masa del Sol.
Por debajo de ese umbral, los objetos celestes no pueden sostener la fusión de forma continua y terminan su vida como enanas marrones, cuerpos que lentamente se enfrían y oscurecen.
Sin embargo, el nuevo estudio plantea un escenario diferente. Según los investigadores, si estos objetos subestelares se encuentran en regiones con alta densidad de materia oscura, como ocurre en el centro galáctico, pueden absorber suficiente materia oscura como para mantener un flujo energético constante.
Esta fuente alternativa de energía les permite estabilizarse antes de apagarse y mantenerse brillando indefinidamente. «Estos objetos recogen la materia oscura del entorno, que luego se acumula en su interior. Cuanta más materia oscura hay alrededor, más se puede capturar —explica Sakstein—. Y cuanto más acumulan, más energía se produce por aniquilación».
En este contexto, las enanas oscuras serían como bombillas cósmicas encendidas por la energía de la materia oscura. Aunque su masa ronda apenas el 8% de la del Sol y a pesar de que no alcanza el umbral para la fusión, podrían mantener una luminosidad constante durante miles de millones de años gracias a este proceso.
La materia oscura es la fuente de energía que mantiene brillando a las enanas oscuras: al acumularse en su interior y aniquilarse entre partículas, libera calor suficiente para sostener su luminosidad sin necesidad de fusión nuclear. Cortesía: ESA
Litio-7: la clave para detectar una enana oscura
Proponer la existencia de una nueva clase de objetos astronómicos es solo una parte del desafío. Lo verdaderamente crucial está en poder identificarlas de forma concreta. Para ello, el equipo ha propuesto una pista clave: la presencia de litio-7.
El litio-7 es un elemento químico que se destruye con facilidad en el interior de las estrellas. En las enanas marrones más masivas, la temperatura del núcleo es suficiente para consumirlo en los primeros millones de años de vida. Pero si un objeto con masa relativamente alta mantiene una temperatura más baja, como ocurre en los enanos oscuros, el litio podría sobrevivir.
«El litio se quema fácilmente y se consume rápidamente en las estrellas comunes —indica Sakstein.— Así que, si se encuentra un objeto que se comporta como una enana oscura, la presencia de litio sería una señal inequívoca. Si fuera una enana marrón ordinaria, ese litio ya no estaría allí».
Esta característica convierte al litio-7 en una especie de firma química que permitiría diferenciar a una enana oscura de otros objetos similares. Un descubrimiento de este tipo, a través de espectroscopía astronómica, sería un indicio directo de que la materia oscura no solo existe, sino que participa activamente en la evolución estelar.
Dónde hay que buscar enanas oscuras
Los investigadores sostienen que la mayor probabilidad de encontrar enanas oscuras se da en regiones del universo donde la densidad de materia oscura es muy alta, como es el caso del centro de la Vía Láctea.
Allí, la densidad podría superar los 1.000 GeV/cm³, condiciones ideales para que estos objetos hayan tenido tiempo suficiente —desde el inicio del universo— para formarse a partir de enanas marrones.
Además, la velocidad relativa de las partículas de materia oscura en esa región también favorece su captura por parte de objetos astronómicos. Esto hace que los modelos predigan una población estable y detectable de enanas oscuras cerca del núcleo galáctico, mientras que en zonas más externas del universo la formación de estos cuerpos podría no haberse completado aún.
Una misión para el telescopio James Webb
Sakstein destaca que instrumentos como el telescopio espacial James Webb podrían ya ser capaces de detectar estos objetos, que emiten una luz extremadamente tenue y fría. Gracias a su capacidad infrarroja, el James Webb puede captar señales de cuerpos que antes eran invisibles para otros telescopios.
Otra estrategia, según el físico, es estudiar poblaciones enteras de objetos subestelares y analizar estadísticamente si los datos observacionales se ajustan mejor a un modelo que incluya una subpoblación de enanos oscuros.
Esta vía permitiría detectar patrones anómalos en luminosidad, temperatura o composición química que serían consistentes con la existencia de estos cuerpos alimentados por materia oscura.
Una ventana para comprender qué es la materia oscura
El hallazgo de uno o más enanas oscuras no solo sería un hito en la astronomía, sino también en la física de partículas. Si se logra demostrar su existencia, se abriría una ventana para investigar la naturaleza exacta de la materia oscura. En particular, el tipo de partícula responsable de su existencia.
«Si llegamos a encontrar una enana oscura, sería una prueba bastante convincente de que la materia oscura está compuesta por partículas pesadas que interactúan entre sí, aunque lo hagan débilmente con el resto del universo —afirma Sakstein. Y añade—: Eso incluiría a las WIMP, pero también a otras partículas exóticas que se comporten de forma similar».
Esto permitiría descartar otras hipótesis populares, como los axiones y las partículas ultraligeras, que no tendrían la masa ni la capacidad de interactuar entre sí para alimentar a una enana oscura. «No creo que candidatos más ligeros como los axiones pudieran generar un objeto como este. No se acumulan dentro de las estrellas», concluye Sakstein.
Un faro en la oscuridad cósmica
Las enanas oscuras nos enfrentan a una idea fascinante: la posibilidad de que existan cuerpos celestes que brillan sin fusión, sin necesidad de combustible nuclear, alimentados únicamente por uno de los grandes misterios del universo.
De confirmarse su existencia, no solo demostrarían que la materia oscura tiene efectos físicos observables, sino que también nos darían pistas esenciales sobre su composición.
Estas lámparas galácticas silenciosas y longevas podrían estar ya esperándonos en el centro de la galaxia, brillando débilmente entre la multitud de estrellas, listas para revelar —por fin— de qué está hecho el universo invisible.▪️
Información facilitada por el Sissa Medialab
Fuente: Djuna Croon, Jeremy Sakstein, Juri Smirnov, Jack Streeter. Dark Dwarfs: Dark Matter-Powered Sub-Stellar Objects Awaiting Discovery at the Galactic Center. ArXiv (2025). DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.00822
