Durante mucho tiempo, la materia oscura y los neutrinos han sido dos de los mayores enigmas del universo. Aunque sabemos que están ahí —la materia oscura representa aproximadamente el 85% de la materia total del cosmos y los neutrinos se producen en enormes cantidades en procesos como las explosiones de supernovas o las reacciones nucleares del Sol—, su comportamiento sigue desafiando a la física actual. Ambos interactúan muy débilmente con el resto del universo, lo que los convierte en actores silenciosos pero esenciales de la historia cósmica.
Ahora, un estudio publicado en Nature Astronomy ha encendido una chispa en la comunidad científica. Un grupo de investigadores ha presentado evidencias sólidas de que la materia oscura y los neutrinos podrían estar interactuando entre sí de forma sutil pero medible. Si se confirma, este hallazgo no solo alteraría el modelo estándar de cosmología, sino que también podría resolver una tensión persistente entre distintas mediciones cosmológicas, conocida como la discrepancia del parámetro S8.
Un rompecabezas con nombre propio: S8
El parámetro S8 se refiere a una combinación de dos variables cosmológicas: la cantidad de materia en el universo (Ωm) y cómo se agrupa esa materia en grandes estructuras (σ8). En los últimos años, ha habido una tensión creciente entre los datos del universo temprano, como los del fondo cósmico de microondas medidos por el satélite Planck, y los datos del universo más reciente, obtenidos por estudios de lente gravitacional débil como el Dark Energy Survey (DES). Mientras los primeros sugieren un valor alto de S8, los segundos indican un valor más bajo.
Esta diferencia, que alcanza niveles de discrepancia entre 2 y 3 desviaciones estándar, ha generado un debate intenso: ¿se trata de un error en los datos o de una señal de nueva física? El nuevo estudio ofrece una posible solución: una interacción entre materia oscura y neutrinos que modificaría la forma en que crecen las estructuras en el universo, afectando directamente el valor de S8 y reconciliando las observaciones de distintas épocas cósmicas.
Una interacción sutil pero con huellas visibles
Los autores del artículo analizaron múltiples conjuntos de datos cosmológicos, incluyendo el fondo cósmico de microondas, la oscilación acústica de bariones y la distribución de galaxias obtenida por el DES. Al introducir en sus modelos una interacción entre materia oscura y neutrinos, encontraron una mejora estadísticamente significativa en el ajuste a los datos. En concreto, determinaron que la intensidad de esta interacción —representada por un parámetro sin dimensiones llamado uνDM— se sitúa alrededor de uνDM ≈ 10⁻⁴, con una preferencia por un valor distinto de cero cercana a 3σ de significancia.
Según el artículo, “los datos combinados del universo temprano y tardío muestran una evidencia sólida de una interacción no nula entre materia oscura y neutrinos”. Aunque no se alcanza aún el umbral de los 5σ que se exige habitualmente para confirmar un descubrimiento en física, el resultado es suficientemente llamativo como para motivar nuevas investigaciones con instrumentos más sensibles.
Consecuencias para la cosmología moderna
Si esta interacción se confirma, las implicaciones serían enormes. El modelo estándar de cosmología, conocido como ΛCDM, se basa en la idea de que la materia oscura es “fría” (es decir, que se mueve lentamente) y que no interactúa de manera significativa con otras partículas más allá de la gravedad. Introducir una interacción con neutrinos cambia este escenario y abre la puerta a una nueva física del sector oscuro, el lado menos comprendido del universo.
Además, este hallazgo podría tener consecuencias indirectas para otros enigmas cosmológicos. Por ejemplo, el llamado “problema de Hubble” —otra discrepancia entre distintas mediciones de la tasa de expansión del universo— también podría estar vinculado a interacciones ocultas entre partículas que no forman parte del modelo estándar. Aunque el nuevo estudio no aborda directamente ese problema, demuestra que los datos cosmológicos actuales podrían estar señalando la necesidad de revisar nuestras ideas fundamentales sobre el universo.
Simulaciones, lentes gravitacionales y futuros telescopios
Para llegar a sus conclusiones, los investigadores no se limitaron a modelos teóricos. Utilizaron complejas simulaciones de N-body —modelos numéricos que simulan la evolución de la materia en el universo— y las aplicaron a los datos de lentes gravitacionales débiles obtenidos por el DES. Esta técnica, que mide las pequeñas distorsiones en la forma de las galaxias lejanas causadas por la gravedad de la materia intermedia, es especialmente sensible a la distribución de materia oscura y, por tanto, ideal para detectar efectos sutiles como los de una interacción con neutrinos.
Una de las fortalezas del trabajo es que los resultados no dependen de un solo conjunto de datos. La señal aparece tanto en los datos del universo temprano como en los del universo más reciente. Esta coherencia entre épocas cósmicas diferentes refuerza la interpretación de que se trata de un fenómeno físico real y no de una simple fluctuación estadística o error sistemático .
Los investigadores también realizaron simulaciones con los parámetros esperados para los futuros telescopios del Observatorio Vera C. Rubin (LSST) y el telescopio espacial chino CSST. Sus resultados muestran que estos instrumentos serán capaces de confirmar o refutar definitivamente la existencia de esta interacción, gracias a su mayor sensibilidad y cobertura del cielo.
¿Un descubrimiento o una señal de que falta algo en nuestros modelos?
A pesar del entusiasmo que ha despertado este estudio, la prudencia sigue siendo clave. La significancia estadística es alta, pero no definitiva. Según explicó uno de los autores, Sebastian Trojanowski, “el veredicto final vendrá con las próximas observaciones de grandes encuestas del cielo, como las del Observatorio Vera C. Rubin, y con un trabajo teórico más preciso”. La esperanza es que estos nuevos datos nos permitan saber si estamos ante un verdadero descubrimiento o si, por el contrario, los modelos actuales aún necesitan ajustes importantes.
De cualquier manera, el hallazgo abre una nueva etapa en la investigación cosmológica. Si se confirma la interacción entre materia oscura y neutrinos, no solo responderíamos a una de las grandes preguntas del universo, sino que también estaríamos abriendo una ventana al comportamiento de partículas que aún no comprendemos del todo. Y eso, en ciencia, es siempre una excelente noticia.
MUY INTERESANTE
Hola, déjenos un comentario