Una señal de rayos gamma podría ser la prueba más esperada de las escurridizas partículas WIMP
Una enigmática línea de 43 GeV, escondida durante más de tres lustros en los datos de Fermi, apunta hacia tres cúmulos repletos de materia oscura. Podría ser la primera huella de la aniquilación de las WIMP, aunque su desconcertante ausencia en el centro de la Vía Láctea obliga a mantener la cautela.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Recreación artística del telescopio espacial Fermi captando una estrecha señal de rayos gamma procedente de los cúmulos de Virgo, Fornax y Ofiuco. El exceso observado a 43,2 GeV podría estar relacionado con la aniquilación de materia oscura, aunque aún no existe una confirmación definitiva. Crédito: IA-DALl-E / RexMolón producciones
Con qué se han topado los físicos
Una delgada línea de luz procedente de tres grandes cúmulos de galaxias podría esconder una de las respuestas más buscadas por la física moderna. Un equipo internacional de investigadores encabezado por Yi-Zhong Fan, del Observatorio de la Montaña Púrpura de la Academia China de Ciencias, ha identificado un exceso de rayos gamma concentrado alrededor de los 43.200 millones de electronvoltios.
La señal no constituye todavía una detección de materia oscura, pero reúne algunas de las características que cabría esperar si dos partículas WIMP se encontraran y se aniquilaran en el espacio.
El hallazgo, publicado en la revista Physical Review Letters, procede del análisis de quince años y medio de observaciones del telescopio espacial de rayos gamma Fermi, de la NASA. Los investigadores examinaron trece cúmulos de galaxias relativamente cercanos, con un corrimiento al rojo inferior o igual a 0,028. Este parámetro, también conocido como redshift, mide cuánto se ha estirado la luz de un objeto hacia longitudes de onda más largas debido a la expansión del universo: cuanto mayor es su valor, más deprisa se aleja y, por lo general, más lejos se encuentra.
Un rompecabezas de materia
El exceso destacó especialmente en Virgo, Fornax y Ofiuco. No es una elección casual: estos tres gigantes cósmicos presentan los valores más altos del llamado factor J, una medida de la concentración de materia oscura y, por tanto, de la intensidad esperada de una posible señal de aniquilación.
Hoy sabemos que la materia oscura no emite, absorbe ni refleja luz. Su existencia se deduce por sus efectos gravitatorios:
✅ Mantiene unidas las galaxias.
✅ Modifica el movimiento de las estrellas
✅ Curva la trayectoria de la radiación procedente de objetos lejanos.
Se estima que la materia oscura representa alrededor del 85% de toda la materia del universo, pero, pese a décadas de experimentos, nadie ha conseguido identificar directamente las partículas que la componen.
Recreación conceptual del instante en que dos hipotéticas partículas WIMP colisionan y se aniquilan, liberando fotones gamma en direcciones opuestas. Su verdadera apariencia es desconocida, ya que estas escurridizas partículas de materia oscura nunca han sido detectadas directamente. Crédito: IA-DALl-E / RexMolón producciones
Qué son las partículas WIMP
Entre los candidatos favoritos se encuentran las WIMP, siglas en inglés de partículas masivas que interactúan débilmente. Estas hipotéticas partículas serían eléctricamente neutras, relativamente pesadas y casi indiferentes a la materia ordinaria.
Sin embargo, cuando dos WIMP colisionaran podrían aniquilarse y transformar su masa en otras partículas, incluidos fotones de muy alta energía.
En determinados canales de aniquilación, los rayos gamma resultantes tendrían prácticamente la misma energía y dibujarían en el espectro una línea estrecha, en lugar de la distribución amplia y difusa habitual en los fenómenos astrofísicos.
Por qué una línea de rayos gamma sería tan importante
Esa nitidez convierte las líneas gamma en una especie de huella dactilar. Supernovas, agujeros negros, púlsares y otros aceleradores cósmicos suelen producir espectros continuos, con fotones repartidos entre numerosas energías. Una concentración repentina en un valor concreto resulta mucho más difícil de explicar.
➡️ «Ningún proceso astrofísico o físico conocido puede generar con facilidad un espectro tan peculiar», señalan los autores del estudio. Si la línea se debiera a la aniquilación de dos WIMP directamente en dos fotones, la energía observada apuntaría a partículas con una masa cercana a los 43 GeV; otros productos finales permitirían masas diferentes.
Para buscar ese posible rastro, el equipo seleccionó los datos de mayor calidad registrados por el telescopio de gran área (LAT, por sus siglas en inglés) —el instrumento principal del Fermi— entre octubre de 2008 y mayo de 2024. Los investigadores descartaron los eventos con peor resolución energética y aquellos que podían estar contaminados por rayos cósmicos, el borde brillante de la atmósfera terrestre, intensas erupciones solares o explosiones de rayos gamma.
Cómo se detectó la señal de 43 GeV
A renglón seguido, rastrearon líneas espectrales entre los 5 GeV y 300 GeV mediante una técnica de ventanas móviles de energía. En cada intervalo compararon dos posibles explicaciones:
1️⃣ Un modelo compuesto únicamente por la emisión gamma continua de fondo.
2️⃣ Un segundo modelo que añadía una línea estrecha producida por una posible fuente desconocida.
Como el número de fotones de tan alta energía es escaso, los científicos recurrieron a una técnica de apilamiento: superpusieron estadísticamente las observaciones de varios cúmulos para reforzar cualquier señal compartida.
Según el modelo cosmológico actual, la materia ordinaria y visible representa apenas el 5 % del contenido del universo, frente al 27 % de materia oscura y el 68% de energía oscura. Es decir, cerca del 95 % del cosmos permanece invisible y su naturaleza continúa siendo uno de los mayores misterios de la ciencia. Cortesía: NASA’s Goddard Space Flight Center.
Una señal de 4,3 sigma, pero no un descubrimiento
Al combinar Virgo, Fornax y Ofiuco, el exceso de 43,2 GeV alcanzó una significación global de 4,3 sigma. Esto significa que, si el modelo de fondo fuera correcto, la probabilidad de obtener por azar una fluctuación comparable sería muy pequeña. Aun así, se mantiene por debajo del umbral de cinco sigma que la física de partículas suele exigir para anunciar un descubrimiento.
Al sumar los otros diez cúmulos, la señal no desapareció, pero su significación descendió a 3,7 sigma. Los investigadores atribuyen esa caída a que estos objetos tienen factores J menores y fondos gamma más intensos, lo que empeora la relación entre señal y ruido.
➡️ El comportamiento resulta razonable si el fenómeno está asociado a la materia oscura, aunque también obliga a actuar con prudencia: una evidencia extraordinaria debe sobrevivir a nuevas observaciones, análisis independientes y diferentes formas de modelizar el fondo.
Las pruebas contra un posible error instrumental
Los investigadores sometieron la señal a numerosas comprobaciones. La línea apareció al utilizar distintas clases de eventos, diferentes resoluciones energéticas, varios tamaños de las ventanas de análisis y modelos alternativos para representar el fondo.
Tampoco surgió una característica semejante al estudiar el limbo terrestre, una región muy útil para descubrir defectos de calibración del telescopio.
➡️ «No encontramos pruebas de que un error sistemático sea el origen de nuestra señal», escriben Fan y sus colaboradores.
El precedente de la falsa línea de 130 GeV
Por otro lado, la intensidad acumulada en las direcciones de Virgo y Ofiuco creció aproximadamente con el tiempo, como cabría esperar de una fuente estable, aunque el conjunto de los datos experimentó una llamativa caída alrededor de 2016 antes de recuperarse.
Esa comprobación recuerda un episodio incómodo. En 2012, varios análisis del Fermi parecieron revelar una línea de unos 130 GeV procedente del centro de la Vía Láctea. Durante un tiempo fue considerada una posible señal de aniquilación de materia oscura, pero terminó relacionándose con efectos sistemáticos de las primeras reconstrucciones de los datos.
El antecedente explica la cautela con la que debe recibirse cualquier nueva línea gamma, incluso cuando su significación estadística parece elevada.
Cuando la materia oscura se aniquila
La animación recrea el posible encuentro y aniquilación de dos partículas WIMP, un proceso hipotético que transformaría su masa en rayos gamma, la forma más energética de la luz. Estas escurridizas partículas continúan siendo uno de los principales candidatos a explicar la materia oscura. Cortesía: NASA’s Goddard Space Flight Center.
La gran paradoja: no aparece en el centro de la Vía Láctea
La ausencia de una señal equivalente en el centro de nuestra galaxia crea, además, una paradoja. El corazón de la Vía Láctea debería ser uno de los lugares más brillantes del cielo si las WIMP se aniquilan según los modelos convencionales.
No encontrar allí la línea de 43 GeV reduce la posibilidad de que se trate de un defecto general del instrumento, pero también perjudica la explicación más sencilla basada en materia oscura.
«La interpretación canónica de la aniquilación se ve cuestionada por las estrictas restricciones establecidas en la región interna de la galaxia», reconocen los investigadores en el artículo científico.
Una posible solución sería que los cúmulos contuvieran una enorme cantidad de subestructuras de materia oscura capaces de multiplicar la señal hasta mil veces. Sin embargo, las simulaciones numéricas más recientes no favorecen refuerzos tan extremos.
Otra posibilidad es que la tasa de aniquilación dependa de la velocidad de las partículas. En ciertos modelos con resonancias o con el denominado efecto Sommerfeld, los cúmulos podrían brillar más que el centro galáctico. El problema es que tampoco se ha detectado en Virgo la emisión gamma continua que normalmente debería acompañar a la línea.
¿Podría tener un origen astrofísico desconocido?
Los investigadores no descartan que la señal proceda de un fenómeno astrofísico todavía mal conocido y no de la materia oscura.
En este sentido, barajan la posibilidad de que un viento de electrones y positrones extremadamente frío, ultrarrelativista y casi monoenergético, producido quizá por un púlsar, genere una estructura estrecha mediante dispersión Compton inversa, un proceso en el que electrones muy energéticos chocan con fotones de baja energía y les transfieren parte de la suya, convirtiéndolos en rayos gamma.
Cuatro rostros del cúmulo de galaxias de Fornax observados en luz infrarroja por el telescopio VISTA: la gigantesca elíptica NGC 1399 (arriba a la izquierda), la lenticular NGC 1381 vista de canto (arriba a la derecha), la pequeña espiral anillada NGC 1386 (abajo a la izquierda) y la espectacular espiral barrada NGC 1365 (abajo a la derecha). Cortesía: ESO/J. Emerson/VISTA. Agradecimiento: Cambridge Astronomical Survey Unit.
Y cómo podría confirmarse la señal
La confirmación exigirá más fotones y, preferiblemente, observaciones realizadas con un instrumento independiente.
El satélite chino DAMPE posee una excelente resolución energética, pero su capacidad de captación es unas siete veces menor que la de Fermi. Los observatorios terrestres, como el futuro Cherenkov Telescope Array, tienen dificultades a estas energías debido al intenso fondo de rayos cósmicos y a su menor resolución alrededor de los 40 GeV.
Fermi podría duplicar la cantidad actual de datos hacia 2040. Los investigadores depositan sus mayores esperanzas en el VLAST —Very Large Area Gamma-ray Space Telescope—, una misión espacial china todavía en fase de propuesta.
VLAST estaría diseñado con una aceptación aproximada de 12 metros cuadrados por estereorradián y una resolución energética cercana al 1,3 % a 50 GeV. Según las simulaciones del equipo, si la línea es real y mantiene la intensidad observada, el futuro telescopio podría confirmarla durante sus dos primeros años de funcionamiento.
Los autores esperan una «aclaración sólida en sus dos primeros años». Hasta entonces, la línea de 43 GeV debe considerarse una pista prometedora, no una prueba definitiva de la existencia de las WIMP.
Qué demuestra el estudio y qué queda por resolver
El trabajo demuestra que existe un exceso estrecho y estadísticamente significativo de rayos gamma en la dirección de varios cúmulos ricos en materia oscura. También muestra que la señal resiste distintas pruebas instrumentales y métodos de análisis.
No demuestra, sin embargo, que las partículas WIMP existan ni que sean las responsables de la emisión. Para llegar a esa conclusión será necesario:
✅ Confirmar la línea con más observaciones de Fermi.
✅ Detectarla mediante otro telescopio espacial.
✅ Comprobar que su distribución espacial coincide con la materia oscura de los cúmulos.
✅ Explicar por qué no aparece en el centro de la Vía Láctea.
✅ Identificar un modelo de partículas compatible con la línea y con el resto de límites experimentales.
La señal es, por ahora, una fina cicatriz luminosa sobre algunas de las mayores concentraciones de materia oscura del cosmos. Podría ser el primer rastro observable de las partículas invisibles que dominan la materia del universo o la pista de un fenómeno astrofísico desconocido. La diferencia solo podrá resolverse con más datos.▪️(26-agosto-2026)
LO MÁS IMPORTANTE DEL ESTUDIO, EN 30 SEGUNDOS
- La señal: Fermi detectó una estrecha línea de rayos gamma a 43,2 GeV.
- Dónde aparece: Destaca en los cúmulos de Virgo, Fornax y Ofiuco, ricos en materia oscura.
- Por qué importa: Podría ser la huella de la aniquilación de partículas WIMP, aunque estas siguen siendo hipotéticas.
- La evidencia: Al combinar los tres cúmulos, la señal alcanza 4,3 sigma, por debajo del nivel exigido para anunciar un descubrimiento.
- La gran incógnita: La línea no aparece en el centro de la Vía Láctea, donde los modelos convencionales también la predicen.
- Qué falta: Más datos y una confirmación independiente; el futuro telescopio VLAST podría comprobarla en sus dos primeros años.
Fuente: Fan, Yi-Zhong and Shen, Zhao-Qiang and Liang, Yun-Feng and Li, Xiang and Duan, Kai-Kai and Xia, Zi-Qing and Huang, Xiao-Yuan and Feng, Lei and Yuan, Qiang. Evidence for a ∼43 GeV 𝛾-ray Line Signal in a Stacking Analysis of the Virgo, Fornax, and Ophiuchus Galaxy Clusters. Physical Review Letters (2026). DOI: https://doi.org/10.1103/lq5r-sjp7
