În funcție de Universul pe care îl vedem prin telescoapele noastre, trebuie să concluzionăm că nu înțelegem cum acționează gravitația dincolo de sistemul nostru solar. Stelele se mișcă în jurul galaxiilor lor mai repede decât ar trebui; galaxiile se mișcă atât de repede în interiorul roiurilor lor încât ar trebui să scape în spațiul intergalactic; razele de lumină care trec prin regiuni cu o densitate mare de galaxii se îndoaie mai mult decât prevede relativitatea generală.

Se pare că nu înțelegem mai bine istoria Universului: după primele instanțe se pare că există mult mai mult deuteriu primordial și mai puțin heliu-4 decât ar trebui să ne așteptăm, având în vedere cantitatea de materie pe care o observăm; fluctuațiile de temperatură ale fondului cosmic de microunde, format în momentul în care au apărut atomii, arată supradensități de materie care sunt insuficiente pentru a produce galaxiile pe care le observăm în prezent. În plus, structurile la scară mare pe care le putem vedea, care includ filamente formate din milioane de galaxii și goluri mari, nu pot fi reproduse în simulările noastre pe calculator, presupunând cantitatea de materie barionică (adică protoni și neutroni) observată în Universul primordial. Și, pentru a termina treaba, nu putem nici măcar să dăm sens secvenței de formare a structurilor: ordinea pe care o prezicem (mai întâi stelele, apoi galaxiile, roiurile de galaxii, superregiunile și, în cele din urmă, filamentele) nu poate fi reprodusă din fondul cosmic de microunde.

Cum tocmai am spus: nu înțelegem nimic.

Dacă nu…

Dacă nu presupunem că există un alt tip de materie în afară de materia barionică, un tip de materie care interacționează cu greu nici cu barionii și nici cu lumina. Această substanță ipotetică a fost supranumită materie întunecată… încă de acum 84 de ani! Materia întunecată acționează ca un elixir care vindecă totul: în esență, ea repară totul, sau aproape totul… dar cu prețul acceptării faptului că singura dovadă pe care o avem despre existența ei sunt efectele gravitaționale pe care tocmai le-am descris.

Este deci firesc ca comunitatea să fie destul de frenetică în încercarea de a înțelege ce este materia întunecată. Una dintre cele mai acceptate ipoteze este că aceasta ar putea fi compusă din noi particule elementare care nu au fost încă descoperite; printre acestea, WIMP-urile (Weakly Interacting Massive Particles) au un sprijin puternic în cadrul comunității. Un mijloc de a găsi aceste WIMP-uri este încercarea de a le produce în coliziunile din interiorul acceleratoarelor de particule. De asemenea, încercăm să le detectăm pe cele care se află în jurul nostru prin identificarea interacțiunilor lor foarte rare cu materia obișnuită, o metodă numită „detecție directă”. În cele din urmă, căutăm, de asemenea, efectele pe care acestea ar trebui să le producă atunci când se acumulează în interiorul unor obiecte astrofizice mari; în acele medii, densitatea materiei întunecate este suficientă pentru ca particulele să se anihileze, iar acestea ar trebui să producă particule pe care le putem într-adevăr detecta.

Un grup de cercetători IFIC utilizează această din urmă metodă pentru a căuta materie întunecată în datele telescopului de neutrini ANTARES. Într-un articol recent publicat în revista Physics Letters B, oamenii de știință din grupul ANTARES/KM3NeT de la IFIC au efectuat o căutare de neutrini de înaltă energie provenind din centrul Căii Lactee… și nu au găsit niciun semnal. Acest lucru le-a permis să impună limite foarte stricte privind anihilarea WIMP în centrul galaxiei. Faptul că ANTARES este situat în emisfera nordică a Pământului și, prin urmare, poate observa în mod optim emisfera sudică cerească, unde se află centrul Galacticii, face ca rezultatele sale să fie foarte competitive, chiar mai bune decât cele ale partenerului său mult mai mare, telescopul de neutrini IceCube, care funcționează la Polul Sud, și chiar mai bune – în regimul WIMP de foarte mare greutate – decât limitele de ultimă generație stabilite de detectoarele de raze gamma.

Această lucrare, împreună cu o căutare similară în Soare, a fost subiectul principal al lucrării de doctorat a lui Christoph Tönnis, un cercetător doctorand al Programului Santiago Grisolia al Conselleria d’Educació, Investigació, Cultura i Esport de la Generalitat Valenciana, care a fost supervizat de cercetătorii IFIC Juan José Hernández Rey și Juan de Dios Zornoza Gómez.

.