Científicos convierten el campo magnético de la Tierra en un detector y descubren señales de posible materia oscura

La materia oscura continúa siendo uno de los grandes enigmas de la física. Aunque los científicos están convencidos de que existe y calculan que representa cerca de una cuarta parte del contenido energético del universo, todavía no saben de qué está hecha. Ahora, un equipo de investigadores encontró una nueva forma de buscarla: utilizar la propia Tierra como detector.

Científicos de las universidades de Kioto, Hiroshima y Nihon aprovecharon el campo magnético y la atmósfera terrestre para buscar algunas de las partículas más ligeras propuestas como posibles componentes de la materia oscura: los axiones ultraligeros y los fotones oscuros.

"Nos preguntamos si podríamos utilizar la propia Tierra como un detector gigante en la búsqueda", explicó Atsushi Taruya, autor correspondiente del estudio.

La clave está en la región situada entre la superficie terrestre y la ionosfera. Esta zona puede comportarse como una enorme cavidad capaz de resonar y amplificar ondas electromagnéticas en determinadas frecuencias. De esta manera, el planeta puede ofrecer una escala de detección mucho mayor que la de los experimentos realizados en laboratorios.

Una cavidad natural para buscar materia oscura

Para aprovechar esta característica, los investigadores desarrollaron un nuevo modelo teórico que tiene en cuenta la conductividad eléctrica de la atmósfera. Hasta ahora, las teorías disponibles permitían estudiar de forma fiable frecuencias inferiores a 1 hercio, lo que dejaba fuera una parte importante del rango que podía resultar útil.

Los nuevos cálculos mostraron que la cavidad Tierra-ionosfera puede amplificar señales cerca de los 8 hercios y permitieron realizar predicciones fiables hasta unos 30 hercios.

El modelo también permitió diferenciar las señales que producirían los dos candidatos. En el caso de los axiones, la intensidad debería cambiar dependiendo del lugar, con una señal especialmente fuerte en el sudeste asiático. Los fotones oscuros, en cambio, deberían producir señales de intensidad similar en distintas partes del planeta.

Diez años de datos revelan señales misteriosas

Para comprobar sus predicciones, el equipo analizó alrededor de una década de mediciones geomagnéticas obtenidas entre 2012 y 2022 en el observatorio de Eskdalemuir, perteneciente al British Geological Survey.

Primero eliminaron las fuentes artificiales de ruido presentes en los registros. Después buscaron señales constantes y concentradas en un rango de frecuencias muy estrecho, características que podrían esperarse de la materia oscura.

El análisis permitió establecer límites sobre la interacción de los axiones con la luz aproximadamente 100 veces más estrictos que el mejor resultado anterior de un experimento terrestre.

Sin embargo, el hallazgo más intrigante apareció durante la búsqueda de fotones oscuros. Los investigadores encontraron varias señales candidatas que podrían tener un origen relacionado con la materia oscura, aunque su procedencia todavía es desconocida.

Por ahora, estas señales no constituyen una prueba de la existencia de materia oscura. Aun así, el estudio plantea una nueva posibilidad para investigar partículas extremadamente ligeras utilizando la Tierra y su entorno electromagnético como una herramienta científica.