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Actualidad sobre materia oscura

Área: Física — domingo, 20 de julio de 2014

Nuevas medidas indirectas parecen apoyar la existencia de materia oscura, pero ningún detector de materia oscura parece detectar las partículas que la componen.

Foto
Mina Soudan, donde se realiza el experimento CoGeNT. Fuente: J. Davis/Wikimedia.

Según el paradigma de la Física actual y las medidas tomadas por la misión del Planck del fondo cósmico de microondas, el Universo está compuesto de un 68,3% de energía oscura, un 26,8% de materia oscura y menos de un 5% de materia ordinaria. Todas las galaxias, polvo y gas interestelar, planetas, estrellas y nosotros pertenecemos a ese escaso 5%. Del resto no sabemos gran cosa.
Pese a que necesitamos de la materia oscura para que todas medidas encajen entre sí, todavía no sabemos lo que es, pues todavía no han podido detectarse directamente las partículas que la componen.
Una alternativa a los experimentos de detección directa de materia oscura es la de observar procesos astrofísicos que se den en el espacio.
Recientemente, Juna Kollmeier (Observatories of the Carnegie Institution of Washington, Pasadena, California) ha encontrado una indicación que podría apoyar la existencia de materia oscura. Al parecer, hay una discrepancia entre la luz ultravioleta de alta energía que se mide y la que debería de haber. El exceso de esta radiación podría deberse al sector oscuro del Universo.
Las fuentes de rayos UV se pueden contabilizar. Una fuente la componen los agujeros negros de los quasares, según la materia que cae en ellos es recalentada y comprimida. Además están las galaxias jóvenes que están llenas de gas caliente y estrellas jóvenes calientes.
Por otro lado, la radiación UV viaja a través del espacio intergaláctico e ioniza hidrógeno en protones y electrones según se encuentra con él. Midiendo el alcanza de este proceso (la ionización presente) se puede medir la cantidad de radiación UV que hay.
Si se toman los resultados sobre ionización extraídos de los datos del telescopio espacial Hubble se observa que el nivel de rayos UV es superior al que debería de haber a partir de las fuentes conocidas, pues la ionización es cinco veces superior a lo esperado en la actualidad. Por tanto, debe de haber una fuente de radiación UV que dé cuenta del exceso.
Lo más curioso es que para el Universo lejano, es decir, antiguo, lo observado y predicho coinciden muy bien. Así que la fuente de radiación UV extra cambia en el tiempo.
Una posible explicación sería la presencia de materia oscura en forma de WIPMs. Algunas de estas partículas podrían decaer en forma de fotones UV. El resultado sugeriría que estas partículas serian estables por miles de millones de años y luego decaerían. Por esta razón no se observaría exceso de rayos UV en el pasado y sí ahora.
Según el modelo cosmológico estándar la materia oscura haría de andamiaje gravitatorio tras el Big Bang y sobre ella se acumularía la materia ordinaria, lo que daría lugar a la estructura a gran escaña del Universo que observamos. Sin embargo, según esto, la materia oscura podría ir desapareciendo con el tiempo en todo o en parte.

Otra noticia acerca del tema es sobre una posible explicación de experimento DAMA/LIBRA de detección directa de materia oscura. Se informó de una oscilación anual en los eventos detectados por este experimento, con un pico en el mes de mayo. Algo que, aparte del CoGENT, no ha sido registrado por los demás experimentos de detección de materia oscura. Este resultado se interpretó como si la Vía Láctea tuviera un halo de materia oscura y la Tierra se enfrentara estacionalmente a una variación de flujo según orbita el Sol al cruzar dicho halo, pues la velocidad tangencial del hemisferio Norte terrestre tendría la misma dirección que el movimiento propio del Sistema Solar en nuestra galaxia.
Ahora Jonathan Davis (Durham University) ha conseguido explicar esta oscilación sin necesidad de recurrir a la materia oscura. Los neutrones difundidos por el propio detector pueden explicar fácilmente esta señal anual. Estos neutrones se liberarían (los neutrones tienen un vida corta, así que no pueden viajar grandes distancias, por lo que no nos llegan neutrones del espacio exterior profundo) cuando los neutrinos solares y los muones atmosféricos se difunden en el material apantallante del detector o en las rocas circundantes.
Los muones de los rayos cósmicos que decaen en la atmósfera terrestre lo hacen con una modulación a lo largo del año, que alcanza su pico en junio. Los neutrinos solares que nos llegan del Sol también varían, aunque menos, a lo largo del año, pero su pico está en enero. Si se combinan ambas cosas se reproduce el pico de mayo del experimento DAMA/LIBRA.
Otros experimentos de su clase, como LUX, tienen apantallamientos más avanzados que DAMA/LIBRA y por esta razón consiguen parar los neutrones antes de que lleguen al detector. Lo mismo se puede decir acerca de CDMS o XENON100, que tampoco ven esa oscilación.
Aunque la modulación es observada también por CoGeNT, este experimento ha tenido diversos problemas de ruido de fondo.
Será interesante saber qué pueden decir al respecto los experimentos DM-Ice, KIMS y ANAIS que pretenden reproducir los resultados de DAMA/LIBRA, espacialmente DM-Ice que está en la Antártida y los muones tienen una fase opuesta.

El asunto de la materia oscura está lejos de ser resuelto. Además de los detectores en construcción, varias agencias norteamericanas están financiando la nueva generación de este tipo de experimentos, que incluyen Super Cryogenic Dark Matter Search-SNOLAB (SuperCDMS-SNOLAB), LUX-ZEPLIN (LZ) y el Axion Dark Matter eXperiment (ADMX-Gen2). Los dos primeros serán sensibles tanto a WIPMS de baja como de alta masa y el último pretende detectar axiones.
Esperemos que algún día se pueda decire algo más concreto sobre la existencia de partículas de materia oscura.

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Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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4 Comentarios

  1. Francis:

    He visto un documental en internet, que se llama “El Universo eléctrico”. Esta teoría, ser una teoría del TODO, explicando fenómenos como los púlsares, agujeros negros, cometas, formaciones de planetas y estrellas, etc; mediante la fuerza electromagnética únicamente. Rechaza el trabajo de Einstein, y parece que descarta la gravedad y la fuerza nuclear fuerte y la débil, al obviar estas fuerzas en los procesos atómicos de las estrellas. Todo el universo estaría interconectado mediante filamentos de plasma y la propia electricidad sería el motor de los sistemas planetarios y a escala superior de las galaxias y cúmulos de galaxias (imagino que a modo de electroimanes gigantescos).

    Uno de los exponentes de esta teoría es Wallace Thornhill, inspirado (en parte) en los trabajos de Inmanuel Velikovsky o Ralph Juergens.

    Quería preguntaros si tiene algún valor dentro del campo de la física, o sólo es un conjunto de ideas exóticas.

  2. tomás:

    El vídeo a que Francis se refiere está en
    http://www.youtube.com/watch?v=zjt2CnAkdOw

    Francis:
    No me parece serio aunar la moderna astronomía, la física del plasma y la antigua mitología. Tampoco lah palabrah del physicist al que invitaron a Estadoh Unidoh que “… estaba interesado en esta idea… así que sufrí un shock…”. Todos tendremos que tener cuidado a partir de ahora, cuando nos interesemos por algo, no cosa suframos un shock. De todas formas es asombroso lo bien que un angloparlante habla andaluh.

    A partir de esos pictogramas puede deducirse que se referían a campos electricos, o que la rueda de carro estaba inventada hace quince mil años, por ejemplo.

    Habla del mecanismo eléctrico de la creación… La cosa me suena… bastante mal.

    Eso de que el modelo eléctrico “abre las puertas del mundo antiguo para un cielo eléctrico”… La mención de Velikovsky tan clarificadora…

    Dice el vídeo que la humanidad entraba en pánico cuando veía un cometa. Mi cuñado diría: ¡Nos ha j.dido!, ¡se acordarían de lo que les pasó a los dinosaurios!

    Y vaya perra que cogen con Venus…

    Asombrados están con los dragones entrelazados, “igual que sucede con el plasma”.

    En fin, que mi opinión es que no, que esa gente no es seria.

    Un cordial saludo.

  3. Teaius:

    El primer motivo para no tomar en serio el documental es que nos lo traduce Rafapal, conocido magufo, si se me permite usar el término.

    Efectivamente en cuanto dijeron que aunaban la astronomía y la física del plasma con la mitología se me quitaron las ganas de seguir y me limité a ver fragmentos.

    El universo eléctrico, el ambiplasma y tal no es nada nuevo, son teorías de los años 60 de científicos respetables, algunos ganadores del Nobel, pero no es invención de esta gente que sale en el documental. Aunque no creo que hoy en día tenga grandes apoyos en el “mainstream”, me parece serio y respetable.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_cosmology

    Lo que no me parece serio es el documental.

  4. lluís:

    Quizás esta nueva generación de detectores, permita algo que ahora o es extremadamente difícil o bien imposible de medir directamente por los actuales detectores, la vida media de partículas de tan cortisima vida que resultan imperceptibles por los detectores de hoy. El propio bosón de Higgs se mueve a velocidades cercanas a la luz, pero viaja menos que la longitud de un átomo,antes que decaiga en otras partículas.
    Por otro lado parece que algunos físicos opinan que más que medir las masas de nuevas partículas (en cuya medición anda de por medio la incertidumbre cuántica)lo interesante es escrutar una propiedad fundamental que denominan el ” WIDTH” y que es una medida del rango de variación de la masa de la partícula hallada, ya que según dicen cuanto más pequeño es el ” Width”, más larga puede ser la vida media de una partícula (en este caso,se estaba hablando de la masa del Higgs).
    En fin, ya veremos en que acaba todo esto de la misteriosa materia oscura.

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