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Materia oscura auto-interactuante explicaría desintonía de las curvas de rotación galácticas en modelo CDM.

Comparativa de curvas de rotación para dos galaxias. Los datos reales van con barras de error y los resultados del modelo en rojo continuo. Fuente: Ayuki Kamada y colaboradores.

Como ya todos sabemos, gran parte de la masa del Universo está compuesto por materia oscura, materia que no emite ni refleja la luz.

Desde hace ya unas décadas se propuso que esta materia estaría compuesta por WIMPS o partículas débilmente interactuantes. Es decir, que, además de la gravedad, estas partículas interaccionarían con la materia ordinaria en contadísimas ocasiones. Los experimentos para detectar directamente estas interacciones ha fracasado hasta el momento.

Además, se suponía que estas partículas interaccionarían muy débilmente entre ellas o no harían en absoluto. Ello era necesario para explicar la evolución a gran escala del Universo que observamos según el modelo CDM.

Pero este modelo no es muy bueno a la hora de predecir la distribución de masas dentro de las galaxias.

Ahora Hai-Bo Yu (University of California Riverside) y Monoj Kaplinghat (University of California Irvine) sugieren, gracias a simulaciones computacionales, que quizás las partículas de materia oscura sí interaccionan entre sí. La propuesta de materia oscura autointeractuante o modelo SIDM fue propuesto en 2000 por David Spergel y Paul Steinhardt (Princeton University).

Si se toma esta hipótesis como verdadera y es introducida en su modelo entonces los resultados de Yu y Kaplinghat concuerdan mejor con la realidad observada en algunas galaxias.

Normalmente se describe la distribución de masa dentro de una galaxia en términos de su curva de rotación. Es decir, un gráfico que representa la velocidad de rotación de las estrellas que componen la galaxia de turno y la distancia de estas estrellas al centro de la galaxia.

Si sólo existe la masa que se ve, entonces la mayoría de las curvas de rotación no concuerdan con la física conocida. Es necesario la introducción de más masa, que estaría constituida por un halo de materia oscura.

El problema es que hay galaxias de masa similar que tienen curvas de rotación diferentes, algo que no predice el modelo CDM y que ha dejado perplejos a los astrofísicos desde un principio.

Yu, Kaplinghat y colaboradores han creado un modelo computacional que calcula curvas de rotación de galaxias virtuales que contienen materia oscura y ordinaria. Para describir la materia oscura usan del modelo SIDM en la región central del halo, en donde las colisiones entre partículas de materia oscura deben ser más frecuentes. Fuera de esa región usan el modelo CDM (presumiblemente para ahorrar cálculos), en donde estas colisiones deben ser muy infrecuentes . Además, tienen en cuenta la interacción con la materia ordinaria y la historia en la formación del halo.

Con este modelo y premisas calcularon las curvas de rotación para los parámetros conocidos de 30 galaxias muy conocidas por la Astrofísica.

Sus resultados reproducen bastante bien, según los autores, las curvas de rotación conocidas de estas 30 galaxias. Según estos astrofísicos el resultado sería un respaldo al modelo SIDM y la auto-interacción entre partículas de materia oscura sería una contribución a la diversidad observada en las curvas de rotación.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ArXiv.