La Tierra podría estar funcionando como un gigantesco detector natural de materia oscura gracias a una combinación inesperada: su campo magnético, atmósfera e ionosfera.
Investigadores de universidades japonesas estudiaron dos candidatos hipotéticos para explicar la materia oscura: los axiones ultraligeros y unas partículas conocidas como fotones oscuros.
La materia oscura no emite ni refleja luz, pero sabemos que debe existir porque su gravedad afecta galaxias, cúmulos y otras grandes estructuras cósmicas.
En este rango, esas partículas serían increíblemente ligeras y podrían comportarse más como campos que oscilan constantemente alrededor de nuestro planeta que como pequeñas partículas.
Los trabajos, publicados en Progress of Theoretical and Experimental Physics y Physical Review D, plantean aprovechar a la propia Tierra para buscar esas débiles oscilaciones.
Los experimentos tradicionales con axiones suelen utilizar potentes imanes para intentar convertirlos en señales electromagnéticas, pero el tamaño de cualquier laboratorio limita su sensibilidad.
El campo magnético terrestre, en cambio, abarca todo el planeta, proporcionando a los investigadores un imán natural muchísimo mayor que cualquier dispositivo construido hasta ahora.
Además, entre la superficie terrestre y la ionosfera existe una enorme cavidad capaz de atrapar y reforzar ondas electromagnéticas de determinadas frecuencias, como un resonador.
Los científicos calcularon que esta cavidad podría amplificar especialmente una hipotética señal de materia oscura alrededor de ocho hercios, haciéndola algo más sencilla de detectar.
Para comprobarlo, analizaron aproximadamente una década de mediciones del campo magnético registradas entre 2012 y 2022 en el observatorio Eskdalemuir, en Escocia.
Primero eliminaron interferencias conocidas producidas por actividades humanas y después buscaron señales muy estrechas y persistentes que pudieran mantenerse durante largos períodos de tiempo.
Una señal de materia oscura ultraligera debería aparecer en una frecuencia muy concreta determinada por su masa, en lugar de comportarse como ruido irregular o pasajero.
En el caso de los axiones, el equipo no encontró una señal convincente, pero consiguió establecer límites mucho más estrictos sobre cómo podrían interactuar con luz.
Para determinadas masas, esos límites resultaron aproximadamente cien veces mejores que los obtenidos anteriormente mediante experimentos terrestres y compitieron incluso con observaciones hechas desde el espacio.
La búsqueda de fotones oscuros produjo algo diferente: aparecieron varias señales candidatas persistentes que, al menos en principio, podrían coincidir con lo esperado para materia oscura.
Eso no significa que hayan detectado materia oscura. Las señales también podrían proceder del ambiente, del propio equipo o de interferencias que todavía desconocemos completamente.
Una forma de comprobarlo sería buscar las mismas señales desde observatorios repartidos por distintos lugares, porque un fotón oscuro debería producir un patrón parecido globalmente.
Los axiones tendrían otra característica: como necesitan interactuar con el campo magnético terrestre, su señal debería cambiar según la ubicación y sería especialmente favorable en Asia sudoriental.
El resultado convierte registros geomagnéticos que llevan años acumulándose en una nueva herramienta para investigar partículas prácticamente invisibles sin construir enormes instalaciones experimentales desde cero.
Por ahora no apareció una prueba definitiva de materia oscura, pero nuestro propio planeta podría convertirse en uno de los mayores instrumentos disponibles para seguir buscándola.