Nuevas teorías podrían arrojar luz sobre la materia oscura


Si las teorías actuales resultan ser correctas, la materia común, todo lo que podemos ver, oler y tocar, constituye solo una fracción, tal vez el 4 por ciento, del universo. El resto proviene del llamado sector oscuro: materia oscura y energía oscura, una energía misteriosa y generalizada que se sospecha que acelera la expansión del universo. La m

Si las teorías actuales resultan ser correctas, la materia común, todo lo que podemos ver, oler y tocar, constituye solo una fracción, tal vez el 4 por ciento, del universo. El resto proviene del llamado sector oscuro: materia oscura y energía oscura, una energía misteriosa y generalizada que se sospecha que acelera la expansión del universo. La materia oscura, tan conocida porque se niega a emitir o interactuar con la luz de una manera que podamos ver, es casi seis veces más frecuente que la materia ordinaria. Pero, a pesar de su ubicuidad, a menudo se la etiqueta como bastante insípida, una especie de peso muerto galáctico que solo se revela a sí mismo a través de su atracción gravitatoria.
Las nuevas teorías sobre la vida oculta de la materia oscura tienen como objetivo deshacerse de esta imagen opaca de una vez por todas. Mientras que la materia oscura puede no mezclarse mucho con la clase ordinaria, puede ser tango con otras partículas de materia oscura a través de alguna nueva fuerza, una fuera del alcance del Modelo Estándar de la física de partículas.
Un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de California propone que la materia oscura podría tener su propia fuerza análoga al electromagnetismo, mediada, naturalmente, por "fotones oscuros". Al igual que en el electromagnetismo regular, la fuerza actuaría a distancias largas, y el fotón (la unidad discreta de energía luminosa) carecería de masa. Como señaló el coautor del estudio Sean Carroll, un físico de Caltech, en el blog Cosmic Variance, la teoría abre la puerta a un mundo rico, aún invisible, de radiación oscura, incluso campos magnéticos y eléctricos oscuros.
Tal propuesta no es simplemente una conjetura de pastel en el cielo. "A medida que mejoran las observaciones y simulaciones astrofísicas, estamos haciendo comparaciones cada vez más precisas entre los modelos de cómo se forman las galaxias y las observaciones de cómo se ven realmente las galaxias", dice Carroll. "Y en este momento, hay algunas discrepancias leves". Esas discrepancias, agrega, podrían ser el resultado de mediciones imperfectas o "podrían ser porque la idea de que la materia oscura no interactúa por completo no es lo suficientemente buena, que realmente hay interacciones que afectan las formas de las galaxias".
"Los físicos de partículas al menos han sabido acerca de la posibilidad de radiación oscura durante mucho tiempo", dice Carroll, "pero no han tomado en serio la idea de que en realidad podría afectar la materia oscura en nuestro universo". (Como señala Carroll en Cosmic Variance, otro artículo reciente, coescrito por el físico y cosmólogo Jonathan Feng de la Universidad de California en Irvine, también propone el concepto de fotones oscuros, aunque en un marco teórico diferente).
En un documento separado, presentado a Physical Review D, un grupo de investigadores del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, Nueva Jersey, la Universidad de Harvard y la Universidad de Nueva York (NYU) también postula una nueva fuerza oscura, esta con un rango mucho menor, Actuando solo a escalas nucleares. Su teoría primero buscó dar cuenta de una gran cantidad de rayos gamma que emanaban del centro de nuestra galaxia, captados por el satélite Integral de la Agencia Espacial Europea, que corresponden a la aniquilación de electrones con su antipartícula, positrones (equivalentes cargados positivamente a los electrones).
De dónde venían esos positrones era una pregunta abierta. "Las supernovas producen positrones, pero no lo suficiente", dice el astrónomo de Harvard Douglas Finkbeiner, coautor del estudio. Bajo las circunstancias adecuadas, pensó, la materia oscura podría encajar en el proyecto de ley. Al final resultó que, con la ayuda de una nueva fuerza oscura, las partículas que interactúan podrían intercambiar parte de su energía cinética para producir un par de positrones y electrones, una propuesta presentada por Finkbeiner y el coautor del estudio Neal Weiner, físico de la NYU. el año pasado. Pero los nuevos datos del instrumento PAMELA, que detecta la antimateria en la radiación cósmica a bordo de un satélite ruso, revelaron un número de positrones sorprendentemente alto. Así que Finkbeiner y sus colegas afinaron la teoría para dar cuenta de los resultados de PAMELA, redefiniendo cómo las partículas de materia oscura se aniquilan en otras partículas. Otro observador espacial, el Telescopio de rayos gamma Fermi en órbita de la NASA (anteriormente conocido como GLAST) brindará orientación adicional en el futuro cercano al examinar los tipos de rayos gamma provenientes de áreas donde se debe agrupar la materia oscura. Si la teoría del grupo es correcta, los resultados de Fermi "realmente deberían ser distintos de lo que la gente esperaba para otros tipos de materia oscura", dice Finkbeiner.
Las implicaciones para este modelo "siguen y siguen", dice, señalando la formación de agujeros negros y el calentamiento de los cúmulos de galaxias, para empezar. "Hay todos estos problemas en astrofísica en los que parece que necesitas un poco más de energía, casi como si saliera energía de la nada, así que pensamos que esto es lo que está involucrado".
Esta no es la primera vez que se proponen nuevas fuerzas que actúan en el sector oscuro. En la reunión de enero de 2007 de la American Astronomical Society en Seattle, la profesora de física de la Universidad de Nueva York, Glennys Farrar, presentó los resultados que apuntaban a la existencia de una fuerza de largo alcance que actúa sobre la materia oscura que tendría efectos observables significativos en el cosmos. Farrar llegó a la conclusión de que las cifras en que se basaba la propuesta, relacionadas con la velocidad de un subgrupo de galaxias en el Cúmulo de Bala, eran inexactas.
Finkbeiner reconoce que las teorías como las de su grupo a menudo se quedan cortas. Pero parafraseando al fallecido cosmólogo de la Universidad de Princeton, David Wilkinson, dice: "la mayoría de tus ideas están equivocadas, por lo que deberías descubrirlo lo más rápido posible para poder continuar con la siguiente". Cualquiera sea la idea correcta que resulte ser, en cualquier baile complejo de partículas y fuerzas que los físicos encuentren para describir mejor el universo, tal vez la materia oscura no sea una flor de pared después de todo.