El telescopio Fermi observó con precisión un exceso de emisión de rayos gamma en el centro de nuestra galaxia, que parecía no esférica y aplanada. Conocido como Exceso del Centro Galáctico (ECG), este exceso de rayos gamma es una posible señal de materia oscura que surge como producto de la autoaniquilación de partículas masivas de interacción débil (WIMP), una candidata a partícula de materia oscura. Sin embargo, el exceso de rayos gamma observado en el centro galáctico también podría deberse a antiguos púlsares de milisegundos (PSM). Hasta ahora, se sostenía que la morfología de los ECG debida a la materia oscura (MDO) sería esférica. Un estudio de simulación reciente revela que la morfología de los rayos gamma debida a la MDO podría ser significativamente no esférica y aplanada. Esto significa que tanto las hipótesis de aniquilación de materia oscura (MDO) como las de púlsares de milisegundos (PSM) para el ECG observado son igualmente posibles. Los rayos gamma producidos en la aniquilación de la materia oscura (MD) tendrían un nivel de energía extremadamente alto, de aproximadamente 0.1 teraelectronvoltios (TeV). Los telescopios de rayos gamma estándar no pueden detectar directamente estos fotones de alta energía. Por lo tanto, la confirmación del modelo de materia oscura (MD) del Exceso del Centro Galáctico (ECG) sería posible tras la finalización de los estudios realizados por observatorios de rayos gamma de teraelectronvoltios, como el Observatorio del Conjunto de Telescopios Cherenkov (CTAO) y el Observatorio Sur de Rayos Gamma de Campo Amplio (SWGO).
La historia de la materia oscura comenzó en 1933 cuando Fritz Zwicky observó que las galaxias de rápido movimiento en el Cúmulo de Coma no pueden mantenerse unidas y estables sin la presencia de materia adicional que, de alguna manera, es invisible, pero ejerce un efecto gravitacional adecuado para evitar que las galaxias se desintegren. Acuñó el término "materia oscura" para referirse a dicha materia invisible. En la década de 1960, Vera Rubin hizo una contribución seminal a nuestra comprensión de la materia oscura. Observó que las estrellas en los bordes exteriores de Andrómeda y otras galaxias giraban a una velocidad tan rápida como la velocidad de las estrellas hacia el centro. Para la suma dada de toda la materia observada, la galaxia debería haberse separado, lo que requiere la presencia de alguna materia invisible adicional que mantenga unidas a las galaxias y haga que giren a altas velocidades. Sus mediciones de las curvas de rotación de la galaxia de Andrómeda proporcionaron la evidencia más temprana de materia oscura.
Ahora sabemos que la materia oscura no interactúa con la luz ni con la fuerza electromagnética. No absorbe, refleja ni emite luz ni ninguna otra radiación electromagnética, y es invisible, por lo que se la denomina oscura. Sin embargo, se agrupa gravitacionalmente y ejerce un efecto gravitacional sobre la materia ordinaria, y así es como se infiere generalmente su presencia en el espacio. Las galaxias se mantienen en equilibrio gracias al efecto gravitacional de la materia oscura, que constituye hasta el 26.8 % del contenido de masa y energía del universo, mientras que todo el universo observable, incluyendo toda la materia ordinaria bariónica que nos compone, constituye solo el 4.9 % del universo. El 68.3 % restante del contenido de masa y energía del universo es energía oscura.
No se sabe qué es realmente la materia oscura. No hay partículas fundamentales en la Modelo Estándar Poseen las propiedades necesarias para ser materia oscura. Quizás, hipotéticas "partículas supersimétricas" asociadas a las partículas del Modelo Estándar formen materia oscura. Quizás exista un mundo paralelo de materia oscura. Las WIMP (Partículas Masivas de Interacción Débil), los axiones o los neutrinos estériles son partículas hipotéticas más allá del Modelo Estándar que se consideran candidatas principales. Sin embargo, aún no se ha logrado detectar dichas partículas.
Hay varios proyectos (como Experimento XENON, Proyecto DarkSide-20k, Experimento EURECA, y RES-NOVA) actualmente en desarrollo para la detección directa de partículas de materia oscura. Se trata principalmente de detectores de gases nobles líquidos o criogénicos, diseñados para detectar señales débiles de las interacciones de partículas de materia oscura. Sin embargo, a pesar de los numerosos enfoques novedosos, ningún proyecto ha logrado detectar directamente ninguna partícula de materia oscura.
Para la evidencia indirecta de la materia oscura, uno puede buscar efectos gravitacionales de la materia oscura, como lo hicieron Fritz Zwicky y Vera Rubin para descubrir la materia oscura al estudiar cómo las galaxias se mantienen unidas a pesar de tener velocidades desproporcionadamente altas para la materia ordinaria observada. Los efectos gravitacionales de lente (curvatura de la luz) y los efectos sobre el movimiento de las estrellas en el espacio también pueden proporcionar evidencia indirecta de la presencia de materia oscura. Además, los productos de aniquilación (como rayos gamma, neutrinos y rayos cósmicos) creados cuando las partículas de materia oscura colisionan entre sí en el espacio también pueden indicar la presencia de materia oscura. Una de esas ubicaciones donde se predijo la materia oscura con base en productos de aniquilación de partículas de materia oscura es el centro de nuestra galaxia natal, la Vía Láctea.
Detección de materia oscura en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea
Hubo indicios de un exceso de brillo difuso central de microondas en el centro de la Vía Láctea (MW). Se propuso que el exceso de brillo se debía a la emisión de sincrotrón de electrones relativistas y positrones generados en la aniquilación de materia oscura WIMP, por lo tanto, se predijo una señal difusa extendida de rayos γ en el rango de energía de hasta unos pocos cientos de GeV. Posteriormente, el Telescopio de Área Grande Fermi (LAT) detectó la señal de rayos γ que se identificó como el Exceso del Centro Galáctico (GCE). Pronto, se comprendió que el Exceso del Centro Galáctico (GCE) también podría deberse a viejas estrellas de neutrones (púlsares de milisegundos). Se pensó que la morfología del GCE sería importante: un GCE simétrico de forma esférica sería indicativo de emisión de rayos γ de la aniquilación de partículas de materia oscura (DM), mientras que una morfología aplanada del GCE sugeriría emisión de rayos γ de púlsares de milisegundos (MSP).
Una extensa observación del centro galáctico de la Vía Láctea realizada por el Telescopio de Área Grande Fermi (LAT) reveló una asfericidad aplanada. Normalmente, se asociaría la asfericidad observada a las estrellas viejas (MSP); sin embargo, un estudio reciente, publicado el 16 de octubre de 2025, concluyó que las morfologías de la GCE predichas por los modelos de aniquilación de estrellas viejas (MSP) y materia oscura (DM) son indistinguibles.
Para estudiar la distribución de la materia oscura, los investigadores realizaron una simulación de la morfología de galaxias similares a la Vía Láctea (MW). Descubrieron que los halos de materia oscura alrededor de las galaxias, así como alrededor de las regiones centrales de las galaxias, rara vez eran esféricos, como se suponía en el modelo anisotrópico. En cambio, el análisis mostró una proyección de densidad de materia oscura aplanada para todas las galaxias. Esta distribución de materia oscura (DM) no axisimétrica también se mostró en la historia de fusión de la Vía Láctea en los primeros tres mil millones de años en la historia del universo. La morfología observada de la GCE es aplanada sobre la región central, lo que generalmente se considera característico de la distribución de estrellas antiguas (MSP). El nuevo estudio ha demostrado que la materia oscura (DM) genera una distribución cuadrada similar. Por lo tanto, tanto las hipótesis de aniquilaciones de materia oscura (DM) como las de púlsares de milisegundos (MSP) para la GCE observada son igualmente posibles.
Si el GCE observado se debe a la materia oscura (MD) o a púlsares de milisegundos (MSP) se sabrá cuando observatorios de rayos gamma como el Observatorio del Conjunto de Telescopios Cherenkov (CTAO) y el Observatorio Sur de Rayos Gamma de Campo Amplio (SWGO) completen sus estudios de rayos teragamma en el futuro. Los rayos gamma producidos como producto de la aniquilación de la materia oscura (MD) en el centro galáctico serían fotones de energía ultraalta con un nivel energético extremadamente alto de aproximadamente 0.1 teraelectronvoltios (TeV). Los telescopios de rayos gamma estándar no pueden detectar estos fotones de alta energía directamente. Los rayos teragamma serán un objetivo importante para futuros observatorios de rayos gamma como el CTAO y el SWGO.
Este estudio representa un avance en la detección de materia oscura en el espacio a través de sus productos de aniquilación. Sin embargo, la presencia de materia oscura en el centro galáctico requeriría confirmación futura mediante observatorios de rayos gamma de ultraalta energía como CTAO o SWGO. Un avance mucho más significativo en la ciencia de la materia oscura sería la detección directa de cualquier partícula de materia oscura.
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Referencias:
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- Misiaszeka M. y Rossib N. 2024. Detección directa de materia oscura: una revisión crítica. Symmetry 2024, 16(2), 201; DOI: https://doi.org/10.3390/sym16020201
- Instituto de Física Corpuscular. En busca de la materia oscura: un nuevo enfoque para detectar lo invisible. 22 de agosto de 2025. Disponible en https://webific.ific.uv.es/web/en/content/search-dark-matter-new-approach-detecting-invisible
- Muru MM, et al. 2025. Exceso de morfología de materia oscura en el centro galáctico de Fermi-LAT en simulaciones de la Vía Láctea. Physical Review Letters. 135, 161005. Publicado el 16 de octubre de 2025. DOI: https://doi.org/10.1103/g9qz-h8wd Versión preimpresa en arXiv. Publicado el 8 de agosto de 2025. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.06314
- Universidad Johns Hopkins. Noticias: Un misterioso resplandor en la Vía Láctea podría ser evidencia de materia oscura. Publicado el 16 de octubre de 2025. Disponible en https://hub.jhu.edu/2025/10/16/mysterious-glow-in-milky-way-dark-matter/
- Instituto Leibniz de Astrofísica. Noticias: La Vía Láctea muestra un exceso de rayos gamma debido a la aniquilación de la materia oscura. Publicado el 17 de octubre de 2025. Disponible en https://www.aip.de/en/news/milkyway-gammaray-darkmatter-annihilation/
- Telescopio espacial de rayos gamma Fermi. Disponible en https://science.nasa.gov/mission/fermi/
- Observatorio del Conjunto de Telescopios Cherenkov (CTAO). Disponible en https://www.ctao.org/emission-to-discovery/science/
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- Observatorio de Tartu. El lado oscuro del universo. Disponible en https://kosmos.ut.ee/en/dark-side-of-the-universe
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, this excess γ-ray is a possible signature of dark matter arising as a product of self-annihilations of weakly interacting massive particles (WIMPs), a dark matter particle candidate. However, the excess γ-ray observed at the galactic centre may also be due to old millisecond pulsars (MSPs). Hitherto, it was held that the morphology GCE due to dark matter (DM) would be spherical. A recent simulation study reveals that gamma-ray morphology due to DM could be significantly nonspherical and flattened. This means both dark matter (DM) annihilations and millisecond pulsars (MSPs) hypotheses for the observed GCE are equally possible. The gamma rays produced in the annihilation of dark matter (DM) would have an extremely high energy level of approximately 0.1 tera-electron-volts (TeV). The standard gamma-ray telescopes cannot detect these high-energy photons directly. Hence, confirmation of dark matter (DM) model of Galactic Centre Excess (GCE) would be possible upon completion of studies by the tera γ-ray observatories like CTAO and SWGO.){kind=link}