NeoFronteras

Proponen la existencia de un pequeño porcentaje de partículas de materia oscura ligeramente cargadas para explicar los resultados de EDGES.

El asunto de la materia oscura es cada día más misterioso y tiene a los físicos cada vez más despistados.

Es imprescindible para explicar la estructura a gran escala del Universo y la dinámica de las galaxias, pero sigue sin aparecer de manera directa en los experimentos diseñados para encontrar las partículas que la forman. Por tanto se desconoce su naturaleza. Recientemente, y por culpa de los últimos datos del experimento XENON1T, se vuele a excluir aún más regiones del espacio de parámetros para la existencia de tales partículas.

En esto que hace unos meses se publicaba un estudio sobre los resultados del experimento EDGES acerca de la formación de las primeras estrellas. Para ello se usó una antena de radio en la gama de la FM en el desierto australiano (foro de cabecera) con la que se detectó ondas de radio emitidas cuando el Universo tenía sólo 180 millones de años.

Esto era buscado por los astrofísicos desde hace ya un tiempo y se esperaba que el gas de hidrógeno presente en aquel momento fuera más frío que el fondo cósmico de radiación. Este gas debía de absorber, bajo el influjo de la radiación de las primeras estrellas, la longitud de onda de 21 cm de entre toda la gama de emisión del fondo cósmico de radiación. Es ese pico de absorción, convenientemente corrido en frecuencia por la expansión cosmológica, lo que supuestamente detectó EDGES.

Este resultado es todavía provisional porque no ha sido confirmado por otros equipos y experimentos, así que hay que tomar el asunto con mucha cautela.

Pero el problema es que, según estos datos de EDGES, el pico de absorción es más intenso de lo que se esperaba, por lo que el gas en esa época debía de ser más frío que lo que se pensaba según los modelos disponibles, en concreto la mitad.

Es aquí en donde aparece la especulación. Hace unos meses Rennan Barkana (Universidad de Tel Aviv) y colaboradores ya propusieron que esto se podía explicar si hay cierta interacción, más allá de lo previsible, entre la materia ordinaria y la materia oscura. Como la materia oscura es fría (sus partículas tienen poco movimiento o agitación), entonces, si se da dicha interacción, algo de calor puede ser transferido de la materia ordinaria, es decir, el gas de hidrógeno de esa época, a la materia oscura.

Lo malo es que para que algo así suceda debería de haber una fuerza nueva que permita esa interacción, porque la fuerza nuclear débil, al parecer, no sería suficiente. Pero no hay pruebas de que esta nueva fuerza exista.

Ahora, Julian Munoz (Harvard University) y Avi Loeb (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) proponen en un artículo una solución más natural: que la materia oscura pueda estar cargada eléctricamente. Si hay una carga, por muy pequeña que sea, la interacción se puede dar a través de la fuerza electromagnética.

Según su idea, una pequeña fracción de las partículas (una entre cien o menos) de materia oscura podían tener una carga muy pequeña. Esta carga sería tan débil, de una millonésima o milmillonésima de la carga del electrón, que sería la razón por la que no se ha detectado hasta ahora en experimentos. Como la mayor parte de las partículas de la materia oscura serían neutras, el comportamiento global de la masa galáctica de materia oscura no afectaría a la dinámicas de las galaxias y sería, por tanto, compatible con las observaciones.

Pero esta leve carga sería suficiente como para permitir una débil interacción electromagnética entre el hidrógeno de aquel entonces y la materia oscura que habría permitido el paso de energía del primero al segundo, por lo que el gas se habría enfriado.

La masa se esas partículas estaría entre 3 MeV y 1000 MeV, pero no hay experimentos en curso buscando partículas de materia oscura de tan baja masa en la actualidad y menos con carga tan minúscula. Tampoco se podrían detectar en el LHC y colisionadores similares.

Si embargo, en el futuro, experimentos como HERA en Sudáfrica podrán a prueba el resultado de EDGES y, además, en lugar de hacer un promedio global del cielo, como hizo EDGES, podría revelar distintas intensidades en la absorción para distintas regiones del cielo, que sería reflejo de una mayor o menor abundancia de materia oscura.

Ni que decir tiene que la comunidad científica se muestra sobre todo cautelosa antes de la confirmación de los resultados de EDGES y escéptica respecto a esta posible explicación. De entrada, los físicos teóricos se sentirá incómodos con esa carga tan pequeñita. Pueden asumir perfectamente una pequeña cantidad de partículas cargadas, pero no una carga por partícula tan pequeña.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Copia del artículo original.
Sobre XENON1T
Primeras estrellas y materia oscura.
Foto: CSIRO Australia.