Según el Universo que vemos a través de nuestros telescopios debemos concluir que no entendemos cómo actúa la gravedad más allá de nuestro Sistema Solar. Las estrellas se mueven alrededor de sus galaxias más rápido de lo que deberían; las galaxias se mueven tan rápido dentro de sus cúmulos que deberían escapar al espacio intergaláctico; los rayos de luz que atraviesan regiones con una alta densidad de galaxias se curvan más de lo que predice la relatividad general.

No parece que entendamos mejor la historia del Universo: después de los primeros instantes hay aparentemente mucho más deuterio primordial y menos helio-4 de lo que deberíamos esperar, dada la cantidad de materia que observamos; las fluctuaciones de temperatura del fondo cósmico de microondas, formado en el momento en que aparecieron los átomos, muestran sobredensidades de materia que son insuficientes para producir las galaxias que observamos actualmente. Además, las estructuras a gran escala que podemos ver, que incluyen filamentos formados por millones de galaxias y grandes vacíos, no pueden reproducirse en nuestras simulaciones por ordenador, suponiendo la cantidad de materia bariónica (es decir, protones y neutrones) observada en el Universo primordial. Y para rematar la faena ni siquiera podemos dar sentido a la secuencia de formación de estructuras: el orden que predecimos (primero las estrellas, luego las galaxias, los cúmulos de galaxias, los supercúmulos y finalmente los filamentos) no puede reproducirse a partir del fondo cósmico de microondas.

Como acabamos de decir: no entendemos nada.

A menos que…

A menos que supongamos que existe otro tipo de materia aparte de la bariónica, un tipo de materia que apenas interactúa ni con los bariones ni con la luz. Esta hipotética sustancia fue bautizada como materia oscura… ¡hace ya 84 años! La materia oscura actúa como un elixir curativo: esencialmente lo arregla todo, o casi todo… pero a costa de aceptar que la única evidencia que tenemos de su existencia son los efectos gravitatorios que acabamos de describir.

Es natural, pues, que la comunidad esté bastante frenética tratando de entender qué es la materia oscura. Una de las hipótesis más aceptadas es que podría estar compuesta por nuevas partículas elementales aún por descubrir; entre ellas, las WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) tienen un fuerte apoyo en la comunidad. Un medio para encontrar estas WIMP es intentar producirlas en las colisiones dentro de los aceleradores de partículas. También intentamos detectar las que están a nuestro alrededor identificando sus rarísimas interacciones con la materia regular, un método denominado «detección directa». Por último, también estamos buscando los efectos que deberían producir cuando se acumulan en el interior de grandes objetos astrofísicos; en esos entornos la densidad de materia oscura es suficiente para que las partículas se aniquilen, y deberían producir partículas que sí podemos detectar.

Un grupo de investigadores del IFIC utiliza este último método para buscar materia oscura en los datos del telescopio de neutrinos ANTARES. En un reciente artículo publicado en la revista Physics Letters B, los científicos del grupo ANTARES/KM3NeT del IFIC han realizado una búsqueda de neutrinos de alta energía procedentes del centro de la Vía Láctea… y no han encontrado ninguna señal. Esto les ha permitido imponer límites muy estrictos a la aniquilación de WIMP en el centro de la Galaxia. El hecho de que ANTARES esté situado en el hemisferio norte de la Tierra, y por tanto pueda observar de forma óptima el hemisferio sur celeste, donde se encuentra el centro galáctico, hace que sus resultados sean muy competitivos, incluso mejores que los de su compañero, mucho más grande, el telescopio de neutrinos IceCube, que opera en el polo sur, e incluso mejores -en el régimen de los WIMP muy hambrientos- que los límites de vanguardia establecidos por los detectores de rayos gamma.

Este trabajo, junto con una búsqueda similar en el Sol, fue el tema principal del trabajo de doctorado de Christoph Tönnis, investigador del Programa Santiago Grisolia de la Conselleria d’Educació, Investigació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana, que fue supervisado por los investigadores del IFIC Juan José Hernández Rey y Juan de Dios Zornoza Gómez.