¿Primer indicio directo de materia oscura? El análisis de quince años de datos del telescopio Fermi-LAT reabre el debate científico
De las regiones más silenciosas de la Vía Láctea emerge un destello que no debería estar ahí. Quince años de datos del telescopio Fermi-LAT apuntan a un fenómeno que podría cambiar nuestra comprensión del universo invisible.
Por Enrique Coperías
Simulación de la formación de estructuras de materia oscura desde los inicios del universo hasta la actualidad. Cortesía: Ralf Kaehler/SLAC National Accelerator Laboratory, American Museum of Natural History
Casi un siglo después, los científicos podrían haber detectado materia oscura en los datos de Fermi
Por primera vez desde que el astrónomo y físico suizo de origen búlgaro Fritz Zwicky propuso en 1933 la existencia de una materia perdida en las galaxias, un grupo de investigadores cree haber encontrado una señal compatible con la tan buscada materia oscura. Y el hallazgo, lejos de proceder del bullicioso centro de la Vía Láctea, donde durante años se han concentrado la mayoría de búsquedas, emerge esta vez de las regiones altas del halo galáctico: zonas más silenciosas, menos contaminadas por fuentes astrofísicas conocidas y, quizá por ello, más propicias para desentrañar lo invisible.
El astrofísico Tomonori Totani, de la Universidad de Tokio, en Japón, ha analizado quince años de datos cosechados por el telescopio espacial Fermi-LAT, el instrumento que escruta el cielo en rayos gamma desde 2008. En un trabajo aún preliminar, Totani presenta la evidencia de un exceso de radiación gamma con una característica llamativa: forma un halo difuso alrededor del centro galáctico y alcanza su máximo en torno a los 20 gigaelectronvoltios (GeV).
Ese patrón energético no se parece al de las fuentes astronómicas habituales, pero sí encaja con lo que cabría esperar de la aniquilación de partículas de materia oscura del tipo WIMP (partículas masivas débilmente interactuantes) un candidato clásico en física de partículas desde hace décadas.
🗣️ «Detectamos rayos gamma con una energía de fotón de 20 gigaelectronvoltios (o 20.000 millones de electronvoltios, una cantidad extremadamente grande de energía) que se extienden en una estructura similar a un halo hacia el centro de la galaxia de la Vía Láctea —dice Totani en un comunicado de la universidad nipona. Y añade—: El componente de emisión de rayos gamma coincide estrechamente con la forma esperada del halo de materia oscura».
La posible señal, aún lejos de ser una detección definitiva, reabre un terreno que muchos habían dado por agotado: el cielo de rayos gamma como pista directa de la materia oscura.
Un mapa del halo galáctico que esconde una sorpresa
Fermi-LAT ha permitido durante años cartografiar la Vía Láctea en rayos gamma con una precisión sin precedentes. Esos mapas, sin embargo, no son fáciles de descifrar: incluyen emisiones de gas interestelar, estructuras gigantes como las célebres burbujas de Fermi, enjambres de púlsares, restos de supernovas y un interminable catálogo de fuentes puntuales.
Totani decidió centrarse en una región concreta: el halo de la galaxia, a más de 10 grados por encima y por debajo del plano galáctico, donde el ruido astrofísico es menor. Su estudio se centró en una franja del cielo que se extiende 60 grados a izquierda y derecha del centro galáctico y entre 10 y 60 grados por encima y por debajo del plano de la Vía Láctea, una zona con poca contaminación astrofísica ideal para buscar señales débiles de origen exótico.
Tras modelizar y sustraer los componentes conocidos, que incluye uno de los modelos más sofisticados de emisión difusa disponible, el GALPRO, el investigador vio que algo no cuadraba. Una vez quitadas todas las capas visibles del mapa gamma, persistía un componente adicional, suave, esférico, extendido y con un espectro sorprendente: sube desde 1 GeV, alcanza un pico claro en torno a 20 GeV y cae abruptamente por encima de los 30–40 GeV.
No es una fluctuación marginal: dependiendo de la energía, el exceso alcanza, en términos técnicos, entre 13 y 19 sigmas de significación estadística, lo que implica que no se trata de un artefacto aleatorio.
Mapa de intensidad de rayos gamma centrado en el halo galáctico, en un campo de unos 100 grados hacia el centro de la Vía Láctea. La franja gris horizontal marca la zona del plano galáctico, excluida del análisis por su intensa emisión astrofísica. Cortesía: Tomonori Totani / Universidad de Tokio.
¿Es compatible con materia oscura?
La pregunta clave para Totani es si este halo de 20 GeV podría explicarse por procesos astrofísicos convencionales. El propio investigador dedica buena parte del artículo a explorar esta posibilidad: compara morfologías, espectros, modelos alternativos y factores sistemáticos. El resultado es que ninguna fuente conocida reproduce a la vez la forma esférica y el espectro con pico estrecho.
La alternativa más sugerente es, naturalmente, la materia oscura. Si las partículas de materia oscura de tipo WIMP colisionan y se aniquilan, deberían producir cascadas de partículas ordinarias, entre ellas rayos gamma con un espectro característico.
El pico de energía de 20 GeV apunta a que, si realmente lo causan partículas de materia oscura, estas tendrían una masa entre 0,5 y 0,8 TeV. Eso ocurriría si, al aniquilarse, se transforman principalmente en pares de quarks b o en bosones W, dos procesos previstos por los modelos de WIMP. El análisis estima un valor de la sección eficaz de entre 5×10⁻²⁵ y 8×10⁻²⁵ cm³/s, por encima del valor esperado para un WIMP térmico clásico, pero aún compatible dentro de las incertidumbres del modelo de densidad del halo.
En otras palabras: no encaja perfectamente con el WIMP de manual, pero no está fuera de la baraja.
Un perfil de halo compatible con el modelo NFW
La posible señal no solo tiene un espectro adecuado. También su distribución espacial encaja con la forma prevista para un halo de materia oscura según el perfil NFW, uno de los más aceptados en cosmología.
Totani prueba tres escenarios de distribución de densidad —ρ², ρ y ρ²·⁵— y concluye que el modelo ρ², correspondiente a aniquilación en un halo NFW estándar, es el que mejor reproduce los datos.
Curiosamente, el exceso es más bien suave en el centro y no tan picudo como el que se ha atribuido durante años al famoso exceso GeV del centro galáctico. Esto abre una posibilidad intrigante: si esta señal fuera real, el exceso del centro podría ser otra cosa, quizá poblaciones de púlsares de milisegundo.
¿Un fallo del modelo? El autor intenta romper la señal… y no puede
Una parte sustancial del estudio, que ha sido publicado en arXiv, se dedica a comprobar si el exceso puede ser un artefacto estadístico o un fallo en el modelado del fondo difuso.
El autor repitió el estudio dividiendo el cielo en cuatro zonas distintas; modificó el modelo de las burbujas de Fermi, una gran estructura de rayos gamma que puede interferir con los datos probó varias configuraciones de GALPROP; ocultó las fuentes puntuales; e incluso empleó el modelo oficial de fondo (GIEM) del Fermi-LAT.
Resultado: el exceso de 20 GeV aparece siempre. Más alto o más bajo, pero nunca desaparece.
¿Y si no es materia oscura?
Los límites más estrictos a la aniquilación de materia oscura proceden de las galaxias enanas de la Vía Láctea. El valor estimado por Totani es varias veces mayor que esos límites, pero las incertidumbres en el perfil del halo galáctico y en los parámetros dinámicos de las enanas son enormes.
El autor reconoce que ningún fenómeno conocido reproduce este patrón, y baraja estas posibles situaciones:
✅ Podría ser una nueva población de fuentes.
✅ Un cambio inesperado en el componente ICS (dispersión de Compton inversa). En astronomía de rayos gamma, esta es la radiación que se produce cuando los electrones de alta energía chocan con fotones de baja energía (por ejemplo, luz estelar o radiación de fondo), y los impulsan hasta convertirlos en rayos gamma.
✅ Un fallo sistemático aún no identificado.
Mapa de intensidad de rayos gamma que muestra únicamente el halo galáctico en una región de unos 100 grados hacia el centro de la Vía Láctea. La franja gris horizontal marca el plano galáctico, excluido del análisis por su fuerte radiación astrofísica. Cortesía: Tomonori Totani / Universidad de Tokio.
De confirmarse, sería un descubrimiento histórico
La detección directa de materia oscura es una de las mayores obsesiones de la física moderna. Experimentos subterráneos, aceleradores como el LHC y telescopios como Fermi-LAT llevan años persiguiéndola.
🗣️ «Si esto es correcto, hasta donde llega mi conocimiento, sería la primera vez que la humanidad ve la materia oscura. Y resulta que la materia oscura es una nueva partícula que no está incluida en el modelo estándar actual de la física de partículas —dice Totani—. Esto supone un avance importante en astronomía y física».
El investigador advierte que faltan verificaciones independientes y detecciones en otros entornos ricos en materia oscura, como las galaxias enanas: «Esto podría lograrse cuando se acumule más información y, de ser así, proporcionaría incluso pruebas aún más sólidas de que los rayos gamma se originan en la materia oscura».
Por ahora, el misterio sigue en pie. Pero quizá, casi un siglo después de Zwicky, la sombra de la materia oscura empieza a perfilarse por fin en el cielo gamma. ▪️
🟦 PREGUNTAS & RESPUESTAS: Telescopio espacial Fermi-LAT y materia oscura
🛰️ ¿Qué descubrió exactamente Fermi-LAT?
Un exceso de rayos gamma de 20 GeV distribuido en forma de halo alrededor del centro de la Vía Láctea.
🛰️ ¿Por qué podría ser materia oscura?
Por su espectro, morfología esférica y coincidencia con predicciones de aniquilación de WIMPs en un halo NFW.
🛰️ ¿Está confirmado?
No. Es un indicio sólido, pero requiere verificación independiente y detecciones en galaxias enanas.
🛰️ ¿Qué masa tendrían los WIMPs?
Entre 0,5 y 0,8 TeV, según el ajuste del espectro gamma observado.
🛰️ ¿Qué dijo el autor del estudio?
Totani afirmó que, si se confirma, sería “la primera vez que la humanidad ve materia oscura”.
Información facilitada por la Universidad de Tokio
Fuente: Tomonori Totani. 20 GeV halo-like excess of the Galactic diffuse emission and implications for dark matter annihilation. arXiv (2025). DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.07209
