NeoFronteras

A vueltas con la materia oscura

Área: Física — martes, 16 de diciembre de 2008

Esfuerzos teóricos y experimentales tratan de resolver el problema de la naturaleza de la materia oscura.

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Ya hemos explicado en NeoFronteras la definición de materia oscura, así que no lo vamos a hacer de nuevo. Pero el problema de la naturaleza de esta materia sigue estando ahí.
Algunas de las teorías que intentan explicar la composición de la materia oscura mantienen que ésta está constituida por WIMPs, o partículas débilmente interactuantes en sus siglas en inglés, que son unas candidatas muy populares en la comunidad científica y a las cuales se les asigna una masa de 100 GeV.
En estas páginas ya hemos visto otras explicaciones, algunas de ellas bastante extrañas. Pudiera ser que la materia oscura no estuviera hecha de WIMPs. Algunos creen que puede que sea así. ¿Qué pasaría si la materia oscura estuviera hecha por otro tipo de partículas? Unos teóricos ya adelantan resultados sobre esto.
Jonathan L. Feng y Jason Kumar de University of California en Irvine sugieren que la materia oscura podría estar hecha de partículas fuertemente interactuantes o incluso de partículas muy ligeras y muy débilmente interactuantes (WIMPless).
Han encontrado modelos que predicen el Universo observable y el porcentaje de masa de materia oscura con estos otros tipos de partículas. Según ellos las partículas de materia oscura podrían tener tan solo 1 GeV de masa y recuerdan que ciertos resultados controvertidos del experimento italiano DAMA encaja con esa masa. Sus modelos se basan en teorías gauge de ruptura de simetría a baja energía (gauge-mediated SUSY breaking).
Algunos modelos suponen un alto grado de interacción entre esas partículas, que incluiría la aniquilación entre ellas y la subsiguiente emisión de fotones energéticos. Éstos, si existen, podrían ser detectados con nuestros instrumentos.
Entre las posibilidades que brindan estos nuevos modelos estaría la existencia de un sector oscuro del Universo, una suerte “mundo similar” al nuestro, hecho de partículas aún más débilmente interactuantes, que no interacciona para nada con el nuestro (aunque sí entre ellas), y que sería invisible a nuestros ojos e instrumentos. Quizás la razón de que no hayamos detectado estas partículas oscuras estribe en que se agregan formando “galaxias oscuras”, “estrellas oscuras” y “planetas oscuros”. Las WIMPs tradicionales no proporcionarían esta posibilidad.
Las partículas aún más débilmente interactuantes o WIMPless requerirían de fuerzas que no conocemos bien y por tanto queda mucho trabajo teórico por hacer. En cuanto al aspecto experimental quizás gastar tanto dinero en la búsqueda infructuosa de WIMPs no sea una buena política y haya que destinar presupuesto a la búsqueda de otras alternativas.

Pero ese estudio no es la única “locura” que se ha publicado recientemente sobre materia oscura. Ben Freivogel de la Universidad de Berkeley usa el principio antrópico para poner límites a dicha materia. La materia oscura representa una masa de cinco a seis veces la ordinaria, pero según este investigador si la proporción cambiara la vida tal y como la conocemos no sería posible. Así por ejemplo, poca materia oscura inhibiría la formación de galaxias, mucha haría colapsar toda posible estructura. Recordemos que, según los modelos, las galaxias se forman en los “grumos” preexistentes de materia oscura.
La proporción de materia oscura sería por tanto otro de esos parámetros ajustados para que la vida sea posible, a no ser que nuestro universo forme parte de un multiverso formados por universos con toda clase de combinaciones azarosas en los parámetros cosmológicos y físicos.
Freivogel presupone que la materia oscura está formada por axiones (otro de los candidatos típicos) y combinándolo con modelos cosmológicos de formación de estructuras a gran escala predice las características que tendrían que tener los axiones para que el Universo de lugar a galaxias, estrellas, planetas y la vida.

Por otro lado algunos se afanan en el desarrollo de detectores que pueda arrojar luz sobre el asunto, en este casi experimental. Varios proyectos están ya en marcha para detectar estas hipotéticas partículas, pero muchos tienen un problema: además de posibles candidatos a “partículas oscuras” detectan muchas partículas ordinarias, principalmente neutrones, que enmascaran con ruido la posible señal de “partículas oscuras”.
Jocelyn Monroe del MIT y su equipo trabajan en un nuevo dispositivo que identificará los neutrones ordinarios que crucen los detectores.
Algunos detectores están basados en tanques de líquidos muy puros enterrados a muchos metros bajo tierra para así evitar el ruido de los rayos cósmicos en la señal. Cuando una partícula atraviesa el líquido (generalmente agua) deja un rastro de luz Cerenkov que puede ser detectado con tubos fotomultiplicadores. Los cálculos muestran que incluso a esa profundidad las colisiones de partícula ordinarias serán 19 órdenes de magnitud más frecuentes que los eventos producidos por partículas de materia oscura. Con el nuevo dispositivo las señales dejadas por los neutrones serían ignoradas y no analizadas, ahorrando esfuerzos y recursos.
Monroe predice que en cinco años se conseguirá detectar algún candidato a partículas de materia oscura.

Fuentes y referencias:
Artículo original.
The WIMPless Miracle.
Anthropic Explanation of the Dark Matter Abundance.
Nota de prensa del MIT.
Luz oscura iluminando materia oscura.
Más sobre materia oscura en NeoFronteras.

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4 Comentarios

  1. lluís:

    ¿Y si después de todo no existiera la materia oscura? Entonces se debería determinar de que modo o por qué a grandes escalas se modifica la gravedad, y quizás de una manera más general tratar de explicar por qué las constantes del modelo estándar de la cosmología -entre ellas las de la propia materia oscura- tienen los valores que tienen.

  2. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    Pues si no aparece la materia oscura habrá que inventar algo nuevo. De momento las teorías de modificación de la gravedad tampoco son la panacea y fallan en algunos aspectos.
    Según Smolin son su pesadilla, aludiendo a que quizás podrían ser correctas.
    Pero de momento ni una sola partícula de materia oscura. Incluso esos resultados italianos son muy discutibles, entre otras razones porque vienen de Italia y allí las cosas a veces no se hacen del todo bien en el mundo de la ciencia.
    Estas teorías que dicen que existe un sector oscuro con su propia “vida” son interesantes, porque explicaría por qué no las hemos detectado. La cota de inferior de masa la puso experimentalmente Cabrera hace unos meses (publicado por aquí) y sería la de una naranja o similar.
    Aunque si se agregan mucho entre ellas mejor que no se acerquen a nosotros y nos desestabilicen el sistema solar o algo similar. Toda la vida esperando un asteroide y al final sería una “estrella” o un “Júpiter” oscuro el que nos daría nuestro final.

  3. lluís:

    Desde luego sería un hueso bastante duro de roer el que las Leyes de Newton no pudieran predecir correctamente el movimiento de las estrellas dentro del campo gravitatorio de sus respectivas galaxias, con lo cual también se tambalearía la RG. Pero los dos métodos que han utilizado los astrónomos en sus mediciones de las masas de galaxias no concuerdan. De todos modos quizás sería preferible rehacer la física, antes de que se nos zampe algún objeto “oscuro”. Digo yo.

  4. NeoFronteras:

    Estimado Lluís, quizás encuentre algunas respuestas en la última noticia sobre energía oscura y cúmulos galácticos (recién sacada del horno).

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