NeoFronteras

La materia oscura podría estar formada por «átomos» e «iones» oscuros que emitirían «fotones» oscuros y formaría «moléculas» oscuras, «estrellas» oscuras y quizás «planetas» oscuros.

Materia oscura inferida (en azul) a partir del efecto de lente gravitacional. Foto:NASA, Chandra X-ray Observatory.

Desde hace años hay algo que trae de cabeza a los físicos y astrofísicos: la materia oscura. La materia con este desafortunado nombre, que podríamos haber llamado mejor “materia oculta”, no emite luz ni la bloquea, pero tiene influencia gravitatoria, como podemos medir en galaxias y en cúmulos de galaxias. Incluso podemos inferir su distribución a partir de cómo se desvía la luz al viajar por el espacio curvado que esta materia produce (toda materia-energía curva el espacio-tiempo según la Relatividad General).
Según los cálculos un 80% de la materia total del Universo es materia oscura, pero no tenemos ni idea de qué está hecha o cuál es su naturaleza. Admitir que no tenemos ni idea del 80% de la materia del Universo es desde luego una cura de humildad.
La hipótesis más aceptada en la comunidad científica es que la materia oscura estaría hecha de partículas débilmente interactuantes o WIMPs en sus siglas en inglés, que tendrían una fuerte influencia gravitatoria cuando se agregaran en gran cantidad a escala cosmológica. Serían partículas producidas durante el Big Bang y, en teoría, debería bañar la Tierra como lo hacen los rayos cósmicos de materia ordinaria. Como interaccionarían poco con la materia ordinaria casi no lo harían con los fotones (de ahí su invisibilidad) y lo haría muy débilmente con la materia sólida que componen nuestros detectores. Como además nos llegarían en poca cantidad la medida directa aquí de su influencia gravitatoria sería imposible. Pero de vez en cuando alguna de estas partículas provocaría una señal en monocristales de silicio o germanio refrigerados cerca del cero absoluto de temperatura.
El problema es que los detectores ultrasensibles que hemos instalado hasta ahora nos dicen que las WIMPs (si existen) no es que interactúen poco, es que parecen no interactuar nada. Pero, ¿y si en lugar de partículas elementales oscuras las materia oscura estuviera compuesta por “átomos oscuros”?, ¿cambiaría algo la situación?
En la materia ordinaria los quarks se combinan para formar protones y neutrones que se juntan para formar núcleos bajo la fuerza nuclear fuerte y, a su vez, se combinan con electrones para formar átomos gracias a la fuerza electromagnética. Es fácil detectar un electrón o un protón viajero de los rayos cósmicos con nuestros dispositivos, pues son partículas cargadas que interaccionan fácilmente con la materia ordinaria, pero es un poco más complicado detectar átomos neutros de materia ordinaria, aunque totalmente posible.
Podría darse algo similar con las WIMPs. Pudiera ser que versiones «cargadas» de estas hipotéticas partículas elementales se agregaran y combinaran, bajo su propia interacción, para formar “átomos” de materia oscura que serían aún más difíciles de detectar o darían una señal diferente en nuestros detectores.
Sabemos, gracias a las observaciones astronómicas, que la materia oscura forma agregados gravitacionales y que éstos no superan un tamaño de 400 años luz de anchura. La distribución de materia oscura, aunque invisible se puede inferir por cálculos como en la foto de cabecera. Esta información nos puede servir a la hora de discernir el realismo de los modelos propuestos.
Los datos de todos los detectores de WIMPs durante todos estos años han sido negativos hasta el presente salvo por un muy discutido resultado procedente de DAMA.
DAMA está instalado en el laboratorio italiano de Gran Sasso y los científicos que los gestionan dicen haber encontrado pruebas que parecen indicar la detección de materia oscura. Lo malo es que los resultados obtenidos no son los que cabría esperar por los producidos en colisiones de WIMPs, además de contradecir los resultados negativos de otros experimentos en otros laboratorios.
Ahora, David Kaplan y sus colaboradores de Johns Hopkins University dicen que el problema se podría solucionar si consideramos que los impactos de materia oscura son producidos por los equivalentes de «átomos» e «iones» compuestos de partículas WIMPs «cargadas».
Los investigadores apuntan que la existencia de este tipo de partículas habría alterado la evolución de la materia oscura en el universo primitivo. Las WIMPS sin «carga» tradicionales se habrían desacoplado del resto de la radiación 1 segundo después del Big Bang, mientras que los «átomos oscuros» habrían alcanzado el equilibrio térmico 20 minutos después del Big Bang. La expansión cosmológica habría expandido los agregados de materia oscura hasta cierto tamaño antes de que la gravedad producida por su propia masa tirara de ellos hasta alcanzar un tamaño específico en la actualidad.
Para explicar la discrepancia entre DAMA y los otros experimentos, Kaplan y sus colegas proponen que las colisiones detectadas en DAMA son inelásticas. En ellas parte de la energía cinética es absorbida por los «objetos oscuros» en el choque para terminar siendo un poco más masivas (adquirido más energía). El fenómeno se daría más fácilmente con el yoduro de sodio pesado que DAMA usa como material detector que con el silicio o germanio usados en otros experimentos. La ganancia en energía de los «objetos oscuros» se podría explicar si asumimos que son «átomos oscuros» que saltan a un estado excitado de mayor energía al colisionar, en lugar de deberse a la creación de nuevas partículas como se suele postular en este tipo de procesos.
Los investigadores admiten que, para que cuadren los números y se expliquen las estructuras observadas en el Universo antes mencionadas, parte de estos «átomos oscuros» deben de estar «ionizados».
Ellos mismos admiten que la teoría es muy especulativa pero tiene el beneficio de traer a la materia oscura hasta un terreno más familiar y similar a la materia ordinaria. Sugieren que átomos de «hidrógeno oscuro» podrían crean enlaces con otros átomos iguales para formar «moléculas oscuras» y que agregando este tipo de material oscuro se formaría «estrellas oscuras» y otros «objetos compactos oscuros» (¿planetas oscuros?). ¿Habrá también una química oscura que dé lugar a una vida oscura?
Añaden que la interacción entre fotones oscuros con fotones ordinarios podría dar lugar a líneas específicas de emisión en el espectro de rayos gamma cósmicos, por lo que la teoría es comprobable.
A otros expertos del campo les gusta esta explicación para la materia oscura. Además, ya vimos en NeoFronteras (ver referencias) que hay ciertos estudios de Física teórica que podrían avalar este tipo de ideas.

Fuentes y referencias:
Noticia en Physicsworld.
Copia artículo original.
Luz oscura iluminando materia oscura.