Con motivo del Día Internacional de la Materia Oscura, el proyecto transversal del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) "Materia oscura: observaciones, modelos y detección", coordinado por la investigadora Giuseppina Battaglia, celebró su primer taller interno el 29 de octubre en la sede del IAC, con el apoyo del proyecto DiaLoGues.

El proyecto transversal del IAC "Materia oscura: observaciones, modelos y detección", creado en 2026, reúne a investigadores del Instituto con conocimientos complementarios y un objetivo común: comprender la naturaleza fundamental de la materia oscura, uno de los principales componentes del Universo. Determinar qué es realmente este tipo de materia se ha identificado como una prioridad para el futuro de la astrofísica, la cosmología y la física de partículas, lo que ha impulsado amplios esfuerzos observacionales y teóricos en todo el mundo.

Veinticuatro participantes —estudiantes de doctorado, investigadores posdoctorales y personal fijo— se reunieron para compartir sus últimos resultados a través de una veintena de presentaciones, que pusieron de manifiesto el enfoque notablemente amplio y multidisciplinar del proyecto ante el enigma de la materia oscura.

Tres líneas de investigación para abordar un gran enigma

El taller se estructuró en torno a las tres líneas principales de investigación del proyecto: las sondas gravitacionales, que rastrean la distribución y la influencia dinámica de la materia oscura (por ejemplo, la estructura y la dinámica de las galaxias enanas, las corrientes, las estelas y los efectos de lente gravitacional fuerte y débil); las simulaciones numéricas, que estudian cómo la materia oscura influye en la formación de estructuras y su interacción con la materia bariónica; y las búsquedas directas e indirectas de señales de materia oscura derivadas de interacciones, aniquilación o desintegración.

Las ponencias analizaron las mejoras en la modelización dinámica de las galaxias enanas del Grupo Local —las galaxias más pequeñas y con mayor predominio de materia oscura que se conocen— mediante la incorporación de enfoques de aprendizaje automático, múltiples trazadores cinemáticos y una evaluación minuciosa de efectos sistemáticos, como las estrellas binarias no detectadas. Otros trabajos complementarios investigaron nuevos enfoques para modelizar las estelas inducidas por los satélites en órbita en los halos estelares y de materia oscura de la Vía Láctea. También se destacó el papel crucial de las instalaciones actuales y futuras —entre ellas WEAVE, 4MOST, Euclid y Gaia— en la modelización dinámica y otros aspectos relacionados.

Una ponencia que invitaba a la reflexión planteó la pregunta: "¿Y si la materia oscura se encontrara en el peor de los escenarios?". Este escenario, en el que los datos limitados y las hipótesis de modelización condicionan algunos de los efectos que atribuimos a la naturaleza de la materia oscura, supuso un reto para el público, al invitarlo a examinar críticamente las hipótesis subyacentes a los métodos de detección gravitacional de la materia oscura, desde la cinemática estelar hasta las lentes gravitacionales fuertes y débiles. Esta cuestión quedó aún más patente al abordar la interpretación de las observaciones actuales de lente gravitacional fuerte, que, cuando se tienen cuidadosamente en cuenta los supuestos subyacentes al modelo de materia oscura fría, no entran necesariamente en contradicción con este paradigma, a pesar de las afirmaciones sobre aparentes discrepancias.

Otra contribución presentó un estudio sobre cómo las fusiones que tuvieron lugar en los albores de la Vía Láctea pueden moldear su distribución de materia oscura, con implicaciones para los experimentos de detección directa y para las corrientes estelares. Asimismo, esbozó una idea original para poner a prueba el principio de equivalencia fuerte —uno de los pilares de la relatividad general— utilizando cúmulos globulares.

Simulaciones para explorar distintos escenarios de materia oscura

Parte del debate se centró en cómo las simulaciones de última generación de modelos de materia oscura fría y alternativa pueden ayudar a desentrañar los diferentes escenarios de materia oscura. También se destacaron las complejidades relacionadas con el tratamiento de la física bariónica y el impacto de la resolución.

Se presentaron los primeros resultados de las simulaciones del Grupo Local con restricciones de NIVARIA, realizadas con el código Gasoline2 y el modelo de retroalimentación NIHAO, que reprodujeron con éxito la diversidad observada en las curvas de rotación de las galaxias enanas. También se dieron a conocer predicciones sobre una población de galaxias oscuras —sistemas de baja masa con gas, pero sin estrellas— que habitan en las regiones de baja densidad del Grupo Local y que podrían ser detectables a través de su emisión de hidrógeno neutro.

Nuevas vías para la detección directa e indirecta

En lo que respecta a la detección indirecta y directa, se debatieron investigaciones sobre la sensibilidad de las antenas de radio espaciales a la conversión resonante de la materia oscura ligera en el entorno del Sol, la Tierra y Júpiter. Estas investigaciones exploran cómo superar el apantallamiento ionosférico que limita las búsquedas terrestres, con perspectivas especialmente prometedoras para los fotones oscuros en el Sol y las partículas similares a los axiones en la magnetosfera de Júpiter.

El grupo DMD+ pasó revista a sus actividades actuales, incluidos los recientes límites de exclusión para los axiones y los fotones oscuros derivados de las observaciones de DALI y ALMA del magnetar del centro galáctico. También presentó futuras líneas de trabajo, como el concepto CCD2M, una propuesta para aprovechar el sustrato de silicio de las cámaras CCD astronómicas con el fin de buscar las llamadas partículas masivas débilmente interactuantes (WIMP, por sus siglas en inglés) a escala de gigaelectronvoltios (GeV).

La materia oscura, también protagonista de la divulgación

La jornada concluyó con un acto abierto al público: el evento divulgativo "La batalla de la materia oscura", celebrado en el Museo de la Ciencia y el Cosmos, que acercó la emoción de la investigación sobre la materia oscura a un público más amplio y puso el broche final a una jornada en la que quedó patente lo viva y diversa que es la búsqueda de la materia oscura en el IAC.