NeoFronteras

Estrellas Bose de materia oscura

Área: Espacio — Domingo, 13 de Diciembre de 2015

Podría haber estrellas Bose hechas de axiones vagando por el Universo desde los inicios del mismo.

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Simulación de un condensando Bose-Einstein de átomos ordinarios. Fuente: NASA.

Uno de los grandes misterios de la Física actual es la naturaleza de la materia oscura. A falta de observaciones directas las hipótesis proliferan como setas las la lluvias de otoño.
Es una materia que compone el 75% de masa del Universo, pero no refleja, emite o tapa la luz. Esto se debe a que no interacciona con los fotones que constituyen la luz. Con los fotones o con casi con cualquier otra partícula de la materia ordinaria que forma los átomos. Parece que sólo podemos sus efectos gravitatorios.
Hay varías hipótesis sobre cómo se pueden comportar las partículas de materia oscura entre ellas. Las ideas más locas proponen que estas interacciones entre ellas se darían a través de distintas clases de fuerza de tal modo que se formarían estrellas de materia negra que emitirían su propia versión de luz compuesta por fotones “negros” en su propia versión de fuerza electromagnética y así con todas demás fuerzas y partículas. En el otro extremo las partículas de materia oscura sólo podrían interaccionar gravitatoriamente. Lo que es peor, en la versión más gnoseológicamente aterradora, las partículas de materia nunca interaccionarían con la materia ordinaria (salvo gravitatoriamente), por lo que todos los experimentos destinados a detectarla directamente siempre fracasarían.
Normalmente se cree que estas partículas casi no tienen interacción entre sí y sólo en contadas ocasiones con las partículas de materia ordinaria, eventos que son los que buscan los detectores de materia oscura.
Una posibilidad es que la materia oscura esté compuesta por axiones. Estos no podrían interaccionar entre sí como las partículas de materia ordinaria. La materia ordinaria está compuesta por fermiones y estos interaccionan entre sí gracias a bosones que portan la fuerza correspondiente. Grupos de bosones pueden ocupar un mismo estado cuántico (a diferencia de los fermiones), lo que les permite formar agregados a bajas temperaturas denominados condensados de Bose-Einstein.
Si las partículas de materia oscura sean axiones, entonces estas hipotéticas partículas se podrían comportar como los bosones de la materia ordinaria y formar condensados. Según Chanda Prescod-Weinstein (Massachusetts Institute of Technology) y sus colaboradores esto podría proporcionar la suficiente cohesión como para que muchos axiones se agruparan por efecto de la gravedad. Todos esos axiones actuarían como un “superátomo”. A este tipo de agregados los podemos llamar estrellas Bose. Habría un límite en el tamaño de estos agregados, que no podría ser muy grande, limitándose estas estrellas Bose al tamaño de un asteroide.
Las estrellas Bose se habrían creado cuando el Universo sólo contaba con 47.000 años de edad y habrían sobrevivido hasta nuestros días según esta hipótesis. Tendrían el tamaño de Ceres, pero serían 20 veces más masivos.
Quizás lo más interesante de la propuesta es que se sugiere una manera de comprobarla experimentalmente. Algunas de estas estrellas Bose podrían estar orbitando algún pulsar (una estrella de neutrones de la cual recibimos pulsos de ondas electromagnéticas). Bajo condiciones adecuadas la interacción electromagnética entre la estrella de neutrones y la estrella Bose produciría señales que podríamos detectar.
El Axion Dark Matter Experiment que la Universidad de Washington tiene en Seattle trata precisamente de detectar axiones directamente mediante el uso de potentes imanes superconductores que los convertiría en fotones gracias al efecto Primakoff. Este efecto permite transformar axiones en fotones ordinarios. Otros experimentos se basan o se han basado en este efecto, pero, hasta ahora, no hay resultados positivos.
La pregunta que se nos puede ocurrir es qué pasaría si una es estas estrellas Bose chocara contra un planeta como la Tierra. Según Rohana Wijewardhana (University of Cincinnati, Ohio) no tendríamos que estar preocupados porque, al interaccionar muy débilmente con la materia ordinaria de nuestro planeta, no habría ningún peligro y la estrella Bose atravesaría la Tierra limpiamente. Pero si algo así sucediera sí habría efectos gravitatorios que podrían ser observados.
Un optimismo que parece dejar de lado efectos de marea y posibles alteraciones orbitales.

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7 Comentarios

  1. lluís:

    – Si los axiones existieran, podrían explicar, además de la existencia de la materia oscura fría, el asunto de la violación CP,ligada al hecho de que en nuestro universo existe más materia que antimateria. De hecho, ya hace un cierto tiempo que se sugirió la idea de que los axiones podrían haberse producido de manera copiosa en el Big-Bang y tras una breve fase de equilibro térmico, podrían haber formado un condensado Bose-Einstein que en la actualidad podría permear todo el universo; supongo que a partir de esta sugerencia se ha ido formando la idea de la posible existencia de esas estrellas Bose.
    – Pero para que existan los axiones, debería existir un campo cuántico capaz de producir la partícula axión.Esto recuerda un tanto a lo que sucedió con el “mecanismo de Higgs”, en el sentido de que existía el “campo de Higgs”, pero la partícula div…¡ Zasca, callate ya! pero el bosón de Higgs no aparecía por ninguna parte…hasta que apareció. ¿ Aparecerá el axión?.

  2. tomás:

    Querido y admirado “lluís”:
    De tu comentario, que apenas he entendido, saco en consecuencia que en el universo se está violando el código postal (CP), que tu perrito/a se llama Zasca, que está ladrando y que ello te molesta. Algo es algo.
    Un fuerte abrazo

  3. tomás:

    Pero, me pregunto: ¿por qué si no emiten radiación electromagnética -incluyo calor- al ser materia oscura, se les llama estrellas?

  4. NeoFronteras:

    Pues sí, estimado Lluís, los axiones se introdujeron para solucionar el problema de la asimetría materia antimateria y otras particularidades en Teoría de Partículas.
    Luego fue adoptado como posible constituyente de la materia oscura.
    No es la única vez que han aparecido por aquí:

    http://neofronteras.com/?p=4280

  5. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Pues una estrella Bose aislada no emitiría luz, así que el nombre es un tanto caprichoso.

    Sin embargo, sí se han propuesto estrellas de materia oscura que emitan luz ordinaria. Sería objetos hechos de WIMPs. Si las WIMPs son su propia antipartícula se puede aniquilar entre sí emitiendo gammas.
    Estas estrellas estarían rodeadas por un halo de materia ordinaria de varias UA que podría transformar esos gammas en visible.

  6. lluís:

    – Bueno, tomás, me he reído un rato con tus interpretaciones sobre mi comentario, sentido del humor no te falta. Lo del código postal, CP, se refiere a la violación de la carga y la paridad (cuestiones simétricas a las que se refiere Neo en su 4). Lo de Zasca,es como una broma; trata de imitar el sonido de una torta, por el repetitivo asunto de la partícula “divina” ( muchos se empeñan aun en denomimar al bosón de Higgs con ese fastidioso calificativo).
    – Otro simétrico abrazo para tí, tomás.

  7. apalankator:

    Como le dijo Penny a Seldon en The big bang theory, algún día comprenderé lo que decís (de las tribulaciones sobre la materia oscura)

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