Artikulu hau jatorriz The Conversation argitalpenean aurki daiteke.

Ez du axola nondik datorren materia iluna lehen aldiz detektatu dela dioen baieztapena. Edonola ere, kontu handiz hartu behar dugu.  Behaketa zientifikoko edozein prozesuk zuhurtzia eskatzen du, eta egungo astrofisikarentzat konplexutasun ia ukiezineko problema da hori. Zientziaren beste adar bat beharrezkoa da misterioa argitzeko; bada, partikulen fisika.

Problema beste ikuspegi batetik planteatuko dugu: nola baieztatu dezakegu ikusezina den, edo, bestela esanda, elektromagnetikoki elkarreragiten ez duen zerbait detektatu dugula?

Argiaren hizkuntza

Materia ilunak ez du fotoirik igortzen edo xurgatzen, eta ez du ibilbidea aldatzen horiekin topo egiten duenean. Hau da, ez du argiaren hizkuntza hitz egiten; izan ere, ez dauka horretarako behar den fonazio aparaturik: ez dauka karga elektrikorik, eta hori da eremu elektromagnetikoaren kuantua.

Hala ere, materia iluna ez da “arazotxo” hori duen elementu bakarra, eta, hortik bagoaz korapiloa askatzen has gaitezke.  Neutrinoek ere ez dute argiarekin elkarreragiten. Hala ere, neutroiekin talka egitean kargatutako partikulak sortzen dituzte: elektroiak eta protoiak. Elektroiak arinagoak eta moldaerrazagoak dira argiarekin elkarreragiteko.

Laburbilduz, neutrinoen fisikak elektromagnetismoa sortzen du, eta, noski, baita kuantua ere: fotoiak. Aplikatu dezakegu partikula horien fisika materia ilunaren fisikan?

Materia iluna eta gamma izpiak

Materia iluna WIMP delakoa (interakzio ahuleko partikula masiboak, ingelesezko siglaren arabera) izango balitz? Hots, gutxi elkarreragiten duen beste partikula mota bat, neutrinoekin gertatzen den bezala. Tomonori Totani astrofisikari japoniarraren azterlanak proposamen hau du oinarri: gamma izpiak detektatzea Esne Bidearen ziskuan, materia iluna ikusi izanaren froga gisa.

Demagun benetan WIMP mota batek osatzen duela. Kasu horretan, beharbada hadroiekin talka egitean kargatutako partikulen turrustak eta lotutako argi arrastoak sortuko lituzke. Eta detektatu ahalko genuke.

Talka horien balizko ondorioen artean quarkak daude; ezin direnez aske mugitu, lotuko lirateke, pioi neutroak sortzeko. Prozesuarekin jarraituz, pioi neutro horiek gamma izpi bihurtzen dira. Eta hara nahi genuen emaitza; hots, imajina dezakegun erradiazio elektromagnetiko energetikoena ekoizteko kanala: Fermi laborategiak Esne Bidearen ziskuan detektatu dituen gamma izpiak, eta ikertzaile japoniarrak material ilunaren seinale hartzen dituenak.

Gamma izpiei esker, azkenean detektatu dezakegun zerbait daukagu, aldi berean jatorri fisikoaren esentzia mantentzen duena. Frekuentzia hain handia duten fotoi horiek gamma izpien leihoan erortzen dira, eta oso erraz zeharkatzen dute galaxiaren materia arrunta. Soilik prozesu oso energetikoek eta estatistikoki kaltetuek gelditzen dituzte. Are gehiago, materia ilunaren ziskua labana batek gurina mozten duen bezala zeharkatzen dute, eta iturriaren aztarna jarraitu dezakegu.

Esne Bidearen ziskua

Bada, hemen amaitzen da azalpena kuantikaren ikuspegitik. Orain erantzunak behar dituen beste alderdi maioritarioaren txanda da: astrofisika.  Astrofisikak azalduko digu zer den gamma izpiekin egindako labana erabilita moztu dugun ziskua, eta metafora zahar bat erabiliko dut horretarako.

Galaxiaren alde dirdiratsua, diskoa, benetako bonbilla gori baten, dagoeneko erabiltzen ez diren horietakoen, harizpiaren antzekoa da, eta bertan izarrak daude. Orain, fisikan egiten den bezala, demagun bonbillaren beira borobila dela, nola bestela? Hori litzateke ziskuaren muga. Bonbilla argoiez beteta dago, eta ziskua, berriz, materia ilunez. Tamaina erlatiboek ere bat egiten dute horrekin: gure galaxiako disko galaktikoaren erradioa 50.000 milioi argi urtekoa da, eta ziskua, berriz, 5 aldiz handiagoa.

Materia ilunaren ziskuaren inpaktu astrofisikoa neurtezina da. Galaxiaren eta inguruko masaren zati gehiena barne hartzen du, eta diskoko izar guztiena baino askoz handiagoa da. Adibidez, Esne Bidean, materia arrunteko kilo bakoitzeko 5 eta 9 kilo materia ilun artean daude. Hortaz, logikoki, eskala galaktikoan grabitazio prozesuak menderatzen ditu. Hala ere, ikertzaile japoniarrek detektatutako materia ilunaren ebidentzia argiarekin lotuta dago, ez grabitatearekin.

Argiaren ebidentzia

Fermi-LAT teleskopioaren datuak erabilita, Totanik baieztatu du gamma izpi gehiegi lausotuta aurkitu dituela; hots, “uste baino gamma izpi gehiago”. Halaber, gehiegizko kopuru horrek “energia tipikoa” dauka –asko errepikatzen da balio hori–, eta 20 gigaelektronvolt (GeV) ingurukoa. Neurri hori gamma izpi da horien energia neurtzeko modua. Balio horrek GeV gutxi batzuen WIMP delakoari dagokio; edo, bestela esanda, materia iluneko partikulak dira.

Geometria leuna

Erradiazioaren gehiegizko kopuru hori lausotzat jotzen da ez dagoelako puntu jakin batean metatuta, eta ez datorrelako identifikatu daitekeen iturri batetik. Aitzitik, zeruaren eremu zabal batean zehar mugitzen da. Halaber, gehiegizko fotoi energetiko horien banaketa ia esferikoa da, eta profil oso ezagunen antzera erortzen da materia iluneko ereduak eraikitzeko.

Lanaren egileak argudiatu du ez dugula ezagutzen bi ezaugarri zehatz horiek igortzen dituen seinalea duen iturri astrofisikorik. Alde batetik, erradiazio gailur hori dago, eta, bestetik, hain hedatuta dagoen eta leuna den geometria. Hori dela eta, zuhurtasunez, materia iluneko lehen ebidentzia izan daitekeela adierazi du.

Galaxia nanoekiko alderaketa

Balizko seinale hori zentzuzkoa den egiaztatzeko, oinarrizko baliabide bat badugu: galaxia nanoak. Izar gutxiko sistemak dira, ia gasik zein izarrik gabekoak, eta zulo beltz aktiborik ez dutenak. Laburbilduz, jarduera astrofisikoa ia nulua dute. Aitzitik, materia ilunak menderatzen ditu, eta masaren % 90 hartzera ere irits daitezke. Ezaugarri horien ondorioz, material iluna bilatzeko laborategi ezin hobeak dira. Esne Bidearen erdigunean seinalea detektatzea oso erraza izango litzateke, halakorik balego.

Baina Fermi-LATek ez du antzeko ezer aurkitu, eta Totanik ere onartu du. Are gehiago, lanak ez du alde hori azaltzeko mekanismorik eskaintzen.

Ezagutzari lotutako aurrerapausoak

Ikertzaile japoniarrek lortu duten seinale garbia ateratzeak, garbiketa prozesu bikaina eskatzen du. Konplexutasun hain handiko prozesu astrofisikoek irregulartasun nabarmenak eragin ditzakete ustez esferikoa den zisku batean.

Adibidez, Fermi burbuilen efektua kendu behar da, galaxiaren erdigunetik ateratzen diren gamma izpien bi hodei erraldoi. Baliteke bi hodei horiek iraganeko gertakari bortitz baten ondorioa izatea, eta horrek zaildu egiten du materia ilunarekin erlazionatu den eta ustez detektatu den gehiegizko argia bezalako seinale arin bat detektatzea.

Orain itxaron besterik ezin dugu egin egiaztatzeko materia iluna detektatzeko ametsa ez ote den desagertuko. Hala ere, hori gertatzen denean, egile azkar horren proposamena baieztatzeko edo ukatzeko prozesu osoak badauka balioa. Zirkuitu berari bueltak eta bueltak emateak badauka meritua. Buelta bakoitzean biribilguneak eta zuzenguneak hobeto ezagutzen ditugu. Eta aurkikuntza handi batek bidetik aterako gaituen eguna iritsiko da, ezagutzaz betetako autopista amaigabe batera eramango gaituena.