Quizás la materia oscura sea una materia templada con propiedades cuánticas que estaría compuestas por partículas muy ligeras que existirían en gran número en la que cada una de ellas tendría una masa 27 órdenes de magnitud menor que la de un electrón.
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El caso de la materia oscura es un rompecabezas que no se termina de resolver. Tenemos muchas indicaciones de su existencias pero todavía no se ha detectado directamente.
Sin la materia oscura no se formaría el Universo que observamos, la relación velocidad de giro con el radios de las galaxias no sería el que medimos, ni las lentes gravitatorias de los cúmulos de galaxias funcionarían como funcionan. Un 85 por ciento de materia del Universo es materia oscura que no emite, ni refleja ni bloquea la luz.
Todas las alternativas a la teoría de materia oscura que pasan por modificar la gravedad funcionan muy mal, pues sólo consiguen medio explicar alguno de los aspectos observados a costa de un precio muy alto.
Se ha asumido que la materia oscura sería una materia oscura fría compuesta por partículas pesadas que casi no interaccionaría con la materia ordinaria a las que se ha denominado WIMPs en sus siglas en inglés (partículas masivas débilmente interaccionantes). Aquí lo de ‘fría’ significa que las partículas se mueven a velocidades no muy altas.
Pero los experimentos dedicados a la detección de materia oscura tipo WIMP han fracasado hasta ahora, por lo que se ha mirado hacia otras hipótesis en las que la materia oscura está compuesta de otras partículas.
En su día ya se descartó que la materia oscura sea materia oscura caliente. Es decir, compuesta por partículas relativistas que se muevan a gran velocidad, como, por ejemplo, los neutrinos. Se sabe que los neutrinos tienen masa, así que si hay suficiente número de ellos podrían explicar la masa que falta en el Universo y que no vemos. Pero no se sabe exactamente cuanta masa tiene cada neutrinos. Los experimentos dedicados a este menester ya han conseguido acotar la masa de loa neutrinos y se espera que pronto se pueda determinar con suficiente exactitud. Sólo hay que esperar a que se tenga suficiente estadística, algo con lo que contaremos en loa próximos años gracias al experimento KATRIN que ya está dando resultados.
Sin embargo, la materia oscura caliente no logra explicar las grandes estructuras que observamos en el Cosmos. Si metemos este tipo de partículas en los modelos no se reproduce lo que vemos. Sólo se reproduce si asumimos que es materia oscura fría. Por esta razón el modelo cosmológico aceptado es ΛCDM o Cold Dark Matter (materia oscura fría), en donde la Λ es la constante cosmológica.
La materia oscura es el ingrediente fundamental de las estructuras de cúmulos de galaxias que vemos. Serían como las semillas gravitatorias a partir de las cuales crecen las galaxias y, por tanto, las estrellas, planetas, etc. Al principio del Universo esta materia se juntaría en forma de halos y filamentos que atraerían el gas de materia ordinaria que formaría estrellas y galaxias. Dada una naturaleza de esta materia oscura obtenemos un tipo de estructura de galaxias concreto. Por esta razón se puede descartas la materia oscura caliente, porque no observamos las estructuras que produciría.
Ahora un grupo de investigadores procedentes de varias instituciones propone una nueva hipótesis que además sería verificable con las observaciones. Se trataría de la materia oscura borrosa. No sería ni la matera oscura fría ni la materia oscura caliente, sino una materia templada con propiedades cuánticas.
Han simulado este tipo de materia oscura y han obtenido una estructura a gran escala que es compatible con las actuales observaciones.
Estas partículas de materia oscura borrosa estaría compuesta por partículas muy ligeras que existirían en gran número. Cada una de ellas tendría una masa 27 órdenes de magnitud menor que la de un electrón en lugar de ser 120 órdenes de magnitud mayor como en el caso de las WIMPs. Al ser templada estas partículas no se moverían muy deprisa.
En las simulaciones del Universo temprano se puede ver que los halos de galaxias serían prácticamente esféricos si la materia oscura está compuesta por WIMPs.
Si se hacen esas mismas simulaciones con materia oscura borrosa estos halos serían diferentes y las galaxias se formarían primero en los filamentos, que, además, parecerían estriados.
Como siempre que se tratan estos temas, hay que recordar que mirar muy lejos significa ver el pasado muy lejano. Si queremos ver los primeros estadios de nuestro Universo sólo hay que mirar lo suficientemente lejos. Pero para ver objetos muy lejanos se necesitan telescopios muy potentes. Ni siquiera el telescopio Hubble integrando la luz de varias semanas es capaz de ver estos primeros estadios. Pero la próxima generaciones de telescopios sí podrá ver esos primeros estadios. Si los nativos hawanianos pseudoecologistas y magufos dirigidos por actores malos no lo impiden, claro.
Por tanto, en un futuro se podrán observar esas primeras estructuras y deducir indirectamente algunas propiedades de la materia oscura. Si las observaciones encajan a la perfección con lo que dicen los modelos de materia oscura templada, entonces las partículas de materia oscura serían mucho más ligeras y abundantes de lo esperado. Aunque también podría encajar a la perfección con lo predicho con la materia oscura fría y dichas partículas serían de tipo WIMP. En este último caso el problema radicaría en poder detectar estas partículas, sobre todo si resultan ser NIMPs o partículas masivas no interactuantes.
Hay pistas que indican que la materia oscura fría quizás no sea la respuesta. Así, por ejemplo, la distribución de materia en las galaxias más pequeñas no encaja bien con lo predicho por los modelos tradicionales.
En sus simulaciones estos investigadores consideraron un universo cúbico de un 3 millones de años luz de ancho con gas en su interior. Se parte de ciertas fluctuaciones de inhomogeneidad tal y como predice la teoría de Big Bang y se deja evolucionar en un computador durante millones de años de tiempo simulado. Se hicieron tanto simulaciones con materia oscura fría como con materia templada, tanto borrosa como no borrosa.
El modelo es distinto al habitual de materia oscura fría y hay que añadir nuevos términos y ecuaciones, entre ellas la de Schrödinger. Al ser las partículas de materia templada tan ligeras, los aspectos cuánticos no se pueden menospreciar y hay que asumir que se comportan más como ondas que como partículas, de aquí el uso de esta ecuación de Mecánica Cuántica y de aquí viene el concepto de borrosa. Además, introducen la ecuación de Poisson que describe cómo estas ondas generan el campo de densidad o, lo que es lo mismo, la distribución de materia oscura y, por tanto, el campo gravitatorio que dará lugar a las galaxias. Luego, basta con añadir cómo se comporta el gas de materia ordinaria en este escenario y cómo se condensa para formar galaxias.
Para la materia oscura fría las simulaciones predecían que las galaxias formaban halos esféricos, así como subhalos. La materia templada generaba las primeras galaxias en filamentos y no formaba subhalos.
Si se considera la matería oscura borrosa entonces se observa, al igual que en el caso anterior, que las galaxias se forman a lo largo de los filamentos. Pero los efectos cuánticos hacen que los filamentos aparezcan estriados, como las cuerdas de un arpa invisible. Esto se debería a la interferencia de naturaleza ondulatoria cuando dos ondas se solapan, por lo que se crea un campo alterno de valles y cimas de concentración de materia oscura subdensa y sobredensa respectivamente.
Estos investigadores esperan proporcionar predicciones detalladas que puedan permitir su contraste con la realidad para cuando el telescopio James Webb entre en funcionamiento un año de estos. Entonces veremos si todo esto tiene sentido, y el asunto de la materia oscura se va aclarando, o si seguimos en un lío.
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Fuentes y referencias:
Artículo original. [2]