La primera luz de Hitomi no observó la línea a 3,5 keV en el Cúmulo de Perseo

Dibujo20170505 SXS spectrum XMM MOS Perseus hitomi arxiv 1607 07420

El observatorio espacial japonés Hitomi se desintegró tras siete horas en órbita. Poco tiempo, pero suficiente para la primera luz en el Cúmulo de Perseo del instrumento SXS de la NASA. Su misión era estudiar la polémica línea a 3,5 keV. La primera luz de SXS no observó dicha línea. Recuerda que tampoco la observó Chandra. Hitomi iba a darle la puntilla, o confirmarla. Su primera luz apunta a refutación.

La línea a 3,5 keV ha sido muy polémica. Se interpreta como una señal de la materia oscura cálida, Warm Dark Matter, en concreto de un neutrino estéril con una masa de 7 keV. Fue observada por algunos instrumentos en el Cúmulo de Perseo, Andrómeda y múltiples cúmulos galácticos, en algunos casos con hasta 3 sigmas de confianza; combinadas todas estas observaciones suponen más de 4,4 sigmas (casi 5 sigmas); incluso hay quien ve una señal de NuSTAR con hasta 11,1 sigmas. Sin embargo, otros instrumentos no la han observado. ¿Realidad o ficción?

Quizás ya debemos decirle adiós a la línea de 3,5 keV. Aunque temo que seguirá viva y coleando durante cierto tiempo. El artículo es Hitomi Collaboration, “Hitomi constraints on the 3.5 keV line in the Perseus galaxy cluster,” Ap J 837: L15 (2017), doi: 10.3847/2041-8213/aa61fa, arXiv:1607.07420 [astro-ph.HE]. Sobre los indicios de NuSTAR a 11 sigmas recomiendo Andrii Neronov, Denys Malyshev, Dominique Eckert, “Decaying dark matter search with NuSTAR deep sky observations,” Phys. Rev. D 94: 123504 (2016), doi: 10.1103/PhysRevD.94.123504, arXiv:1607.07328 [astro-ph.HE], y también Kerstin Perez, Kenny C. Y. Ng, …, Roman Krivonos, “(Almost) Closing the νMSM Sterile Neutrino Dark Matter Window with NuSTAR,” arXiv:1609.00667 [astro-ph.HE].

Te recomiendo leer a Daniel Marín, “El observatorio espacial japonés Hitomi se desintegra en órbita (o la maldición del instrumento SXS de la NASA)”, Eureka, 05 Abr 2016, y “¿Qué le pasó al observatorio espacial japonés Hitomi?” Eureka, 02 Ago 2016. También en este blog “Desaparece la supuesta línea a 3,55 keV asociada a la materia oscura,” LCMF, 16 Oct 2016, y “Neutrinos estériles y la señal a 3,5 keV observada por XMM-Newton”, LCMF, 09 Dic 2015.

Dibujo20170505 sterile neutrino constraints including nustar 2016 arxiv 1609 00667

Nadie debe pensar que descubrir la naturaleza microscópica de la materia oscura tiene que ser algo fácil. De hecho, no es tan siendo fácil. Y tampoco creo que nadie pensara que iba a ser fácil hace tres décadas, cuando se iniciaron los primeros experimentos y/o observatorios. El rango de masas a explorar para los candidatos a la materia oscura es enorme. Exageradamente enorme. Estamos explorando unas pocas ventanas. Encontrar la partícula de materia oscura en ellas sería tener suerte, mucha suerte, muchísima suerte. Pero también requiere mucho trabajo, muchísimo trabajo, durante muchos años. Como siempre digo, eso es lo apasionante de la ciencia.

Un neutrino estéril con una masa de 7 keV es un candidato muy atractivo. Máxime cuando hay instrumentos que han observado una señal en rayos X a 3,5 keV que podría ser resultado de su desintegración en un neutrino vía un bosón W y un leptón, con emisión de un fotón. La pena es que hay instrumentos que deberían observar, pero no observan, dicha señal. ¿Por qué unos la observan y otros no la observan? ¿Por qué los que la observan lo hacen con baja confianza estadística? ¿Sesgo de confirmación en acción?

Dibujo20170505 sterile neutrino 7 keV Cluster search Iakubovskyi arxiv 1508 05186 scgp stonybrook Abazajian

La idea de que la materia oscura está compuesta por neutrinos estériles es muy antigua. Ya fue propuesta en 1982 por Olive y Turner. Pero hasta 2001 no se predijo que podría ser detectada de forma indirecta estudiando rayos X (fotones en la escala de energía de keV). Hoy en día pensamos que gran parte de la materia oscura es fría, pero podría haber una contribución cálida (la contribución caliente, debido a los neutrinos, es despreciable). La idea ganó gran eco mediático tras la observación de la línea a 3,5 keV en el año 2005. Un neutrino estéril evade el resultado de LEP en el CERN que afirma que solo existen tres familias de neutrinos gracias a que no interacciona con el bosón Z (por eso se llama estéril), aunque lo hace con el bosón W. Los datos cosmológicos apoyan la existencia de tres neutrinos, pero no cierran la puerta a un cuarto neutrino estéril.

En resumen, hasta que no haya una interpretación astrofísica firme de las observaciones a 3,5 keV, la idea de los neutrinos estériles seguirá siendo la más razonable para los físicos teóricos; por desgracia, mientras no haya instrumentos específicos para observar esta línea con precisión, su naturaleza quedará en el limbo entre la realidad y la ficción. Habrá que estar atentos a futuras noticias sobre la línea a 3,5 keV.


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Juan Manuel PérezJuan Manuel Pérez

Francis,
Soy astrofísico del lejano 1982. Mi vida profesional se ha desarrollado en la abogacía (me licencié en 1989 -sin que me convalidasen nada, je,je,…-) y en la economía crediticia. Desde hace 3 años estoy intentando recuperar el tiempo perdido en física. Y no puedo más que agradecer la cantidad de cosas que he aprendido leyendo este blog. Para mi es impagable.
Pero mi ignorancia aún me dificulta seguirlo. Muchas veces se dan por supuestamente conocidas muchas cosas (que serán obvias para iniciados pero que temo son pocos). Y sistemáticamente echo en falta una mínima explicación de los gráficos. Aspiro (quizá con osadía) a entenderlos. En esta entrada, por ej., ¿que és sin2 0?.
En cualquier caso, mil gracias por toda la dedicación.

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