misión cassini: Júpiter proporciona evidencia de materia oscura
No está claro en qué consiste la materia oscura y si existe. La misteriosa sustancia pudo haber dejado huellas en la atmósfera del gigante gaseoso Júpiter.
La materia oscura podría ionizar la atmósfera de Júpiter.
Cabo Cañaveral, 15 de octubre de 1997: un destello brillante atraviesa el cielo nocturno; Poco después, el alargado cohete Titan IVB se eleva hacia el cielo, dejando una oscura nube de humo detrás. Esto marcó el exitoso lanzamiento de la sonda espacial Cassini, que inició su viaje de siete años hacia Saturno y sus lunas heladas. En el camino, la sonda también recopiló datos de otros cuerpos celestes, incluido Júpiter. Como muestran ahora los físicos Rebecca K. Leane de la Universidad de Stanford y Carlos Blanco de la Universidad de Princeton en un artículo publicado en «Physical Review Letters», estas mediciones pueden contener trazas de materia oscura.
Cassini lleva casi 13 años vagando por nuestro sistema solar gracias a la energía nuclear. En el año 2000, también utilizó la gravedad del gigante gaseoso Júpiter para una maniobra de aproximación. Mientras tanto, la sonda pudo detectar la radiación electromagnética de las ondas de radio hasta el rango UV y así examinar la atmósfera de varios cuerpos celestes. Entre otras cosas, Cassini registró hidrógeno protonado H+3 que es omnipresente en el universo. Esta sustancia ionizada se crea, por ejemplo, cuando las moléculas de hidrógeno (H2) entran en contacto con radiaciones, como la de los rayos planetarios o los rayos cósmicos.
La cantidad de hidrógeno protonado presente en los planetas se estudia desde hace muchos años porque proporciona información sobre la temperatura y las corrientes eléctricas en la atmósfera. Leane y Blanco descubrieron que la materia oscura también puede producir hidrógeno protonado en la atmósfera de un planeta. El físico y su colega lograron demostrarlo teóricamente sin tener que partir de un modelo específico de materia oscura.
La búsqueda de la sustancia invisible
Nadie sabe todavía qué es exactamente la materia oscura. Hay varias pistas sobre su existencia, por ejemplo mediante la observación de los movimientos de las galaxias. Los sistemas estelares en las regiones exteriores de las galaxias espirales se mueven mucho más rápido de lo que predicen los modelos teóricos. Estas galaxias parecen contener más masa de la visible. Esta masa faltante se conoce como “materia oscura”: una sustancia que interactúa sólo a través de la gravedad y que, por lo demás, es en gran medida invisible.
Dado que Júpiter es el planeta más pesado de nuestro sistema solar, debería acumular la mayor cantidad de materia oscura a su alrededor. Por eso Leane y Blanco se dedicaron a los datos atmosféricos de este gigante gaseoso. Para que la materia oscura cree hidrógeno protonado, debe ionizar moléculas en la atmósfera superior del planeta (ionosfera). Esto puede ocurrir mediante colisiones directas o desviaciones, ya que la materia oscura no tiene carga electromagnética. Como describen los dos investigadores, la materia oscura podría, por ejemplo, descomponerse en otras partículas (algunas teorías sobre la materia oscura permiten tales escenarios), que luego interactuarían con las moléculas de la atmósfera de Júpiter y producirían protones de hidrógeno. Leane y Blanco lograron demostrar por primera vez que el hidrógeno protónico puede servir como prueba de la presencia de materia oscura en las atmósferas planetarias.
Luego, Leane y Blanco examinaron los datos de Cassini, que había medido protones de hidrógeno en varios momentos en el lado nocturno de Júpiter. Como explican los expertos, fuera de las regiones polares debería encontrarse poco hidrógeno protónico, ya que aquí casi ninguna radiación ionizante del Sol llega a Júpiter.3 una vida muy corta porque reacciona muy rápidamente con otras sustancias. Al comparar los datos de Cassini con su modelo teórico, los investigadores pudieron delimitar algunas propiedades de la materia oscura con mayor precisión que en experimentos anteriores. Más precisamente, pudieron establecer un límite superior a la fuerza con la que la materia oscura interactúa con los nucleones (es decir, protones o neutrones).
Como describen Leane y Blanco en su artículo, la misión JUICE de Europa recopilará datos atmosféricos más detallados de Júpiter en unos siete años. Esto podría permitirnos delimitar aún mejor las propiedades de la materia oscura. Pero otros datos también pueden proporcionar más información: «Los exoplanetas en entornos de materia oscura más densos, como la galaxia interior, podrían ser incluso más sensibles a la ionización de la atmósfera», dicen Leane y Blanco.
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