Propuesta de detección de materia oscura
Proponen un sistema de detección directa de partículas de materia oscura basado solamente en la interacción gravitatoria.
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No vamos a recordar el concepto de materia oscura, esa masa misteriosa que parece constituir la mayor proporción de masa del Universo.
Desgraciadamente, los esfuerzos por detectar dicha materia han sido infructuosos hasta el momento. No obstante, la dinámica de galaxias, la estructura a gran escala de Universo o las lentes gravitatorias nos dicen que la materia oscura existe.
Hasta ahora se creía que dicha materia estaría hecha de WIMPs o partículas débilmente interactuantes. Esta hipótesis sostiene que habría unas partículas pesadas fuera del Modelo Estándar que no interaccionarían entre ellas, pero que lo harían muy débilmente con la materia ordinaria (de otros modo no serían detectadas por nuestros instrumentos hechos de materia normal). No se han detectado hasta le momento y se ha descartado bastante del espacio de parámetros. También se han propuesto a los axiones como posibles responsables de esa masa que desconocemos.
Últimamente se ha dicho que quizás esa materia oscura esté compuesta de agujeros negros primordiales. Esta hipótesis será falsable cuando los detectores de ondas gravitacionales sean más sensibles y se tenga una buena estadística de masas de agujeros negros cuyo origen no pueda explicar la evolución estelar.
Aunque la peor de las posibilidades sería que las partículas de materia oscura no interaccionaran en absoluto con la materia ordinaria. Es decir, que todos los detectores que concibamos serán totalmente transparentes a dichas partículas. Sólo quedaría la interacción gravitatoria, así que sería imposible detectarlas, ¿o no?
Un grupo de investigadores del NIST propone que si las partículas de materia oscura son extremadamente pesadas entonces sí podrían ser detectadas con un dispositivo formado por miles de millones de pequeños péndulos.
Para que el dispositivo funcionase, las partículas en cuestión tendrían que tener una masa de orden de la masa de una grano de sal. Este tipo de partículas no interaccionaría con los dispositivos actuales para la detección de WIMPs porque estos instrumentos no están diseñados para ello, aunque las partículas interaccionasen con la materia ordinaria.
El sistema estaría refrigerado una temperatura cercana al cero absoluto y estaría apantallado de los rayos cósmicos para evitar interferencia. Sería sensible a partículas con una masa entre 1/5000 de miligramo a unos pocos miligramos. Estas masas son brutales desde el punto de vista de modelos estándar, pero incluye la masa de Planck: 21,7 microgramos. La masa, energía, longitud y masa de Planck serían las medidas «naturañes» y cabe esperar que durante el Big Bag puedan formarse entes con esas «medidas», incluso se cree que la discretización del espacio-tiempo se da a la distancia y tiempo de Planck. Al contrario que estas dos, la masa de Planck es accesible con nuestra tecnología actual.
Los péndulos tendrían una longitud del orden del milímetro y habría que tener miles de millones de ellos dispuestos en una estructura 3D de un metro cúbico. Las técnicas de fabricación por fotolitografías permitirá hacer estos péndulos en gran cantidad. El paso de una partículas de materia oscura este tipo cambiaría la oscilación de los péndulos que estuvieran en la trayectoria de dicha partícula y esto se podría registrar.
En otras estrategias los investigadores han propuesto esferas levitadas por campos magnéticos cuyo cambio de posición sería medido con un láser con una precisión comparable con la que se mide en los interferómetros de onda gravitacionales LIGO.
La ventaja de los péndulos es que permitía rechazar oscilaciones espúreas más fácilmente y saber las trayectorias de las partículas de materia oscura.
Puede que al final no se detecten partículas de este tipo, pero, al menos, un sistema así permitiría descartar su existencia en esa gama de masas.
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Fuentes y referencias:
Artículo original.
24 Comentarios
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miércoles 21 octubre, 2020 @ 11:01 am
Pues para mí, que tan fascinado estoy con los ANP, con las dimensiones que calculé (de tan poco fiable modo), tan mínimas que en el grosor de un cabello humano caben un montón y la masa de cada uno es descomunal, solo comparable con la de algún asteroide, tengo la esperanza que su imposible detección por los instrumentos actuales sea la razón de sigan escondidos para la ciencia de la cosmología.
Hasta adiós.
miércoles 21 octubre, 2020 @ 4:27 pm
La idea de que la materia oscura sea en realidad un conjunto de agujeros negros (primordiales o no) distribuidos por el universo, es tan vieja como la propia idea de la materia oscura.
Pero si la materia oscura fuese eso, se observarían una enorme cantidad de microlentes gravitatorias en los halos de las galaxias, microlentes que se han buscado concienzudamente por los grandes telescopios y que no se observan, y que por lo tanto esa ausencia refuta que la abundancia de materia oscura necesaria para justificar la curva de rotación galáctica la cohesión de los cúmulos de galaxias y el valor de la densidad cosmológica, sea debida principalmente a agujeros negros.
Hay un hilo en La web de Física que trata del tema aportando referencias:
https://forum.lawebdefisica.com/forum/el-aula/relatividad-y-cosmolog%C3%ADa/35486-%C2%BFest%C3%A1-constituida-la-materia-oscura-por-agujeros-negros
Saludos.
jueves 22 octubre, 2020 @ 12:22 pm
Muchas gracias, Albert, por tu opinión y por la dirección de la página que veo comentada por gente de considerable preparación. Yo creo que no podría seguirla, pero me ha agradado lo leído. Seguramente, como tú y los participantes decís, la totalidad de la MO no puede estar constituida por ANP. Quizá un pequeño %.
Al final se habla de ANP de masa aproximada a la de nuestra Luna. Bueno, yo había calculado mucho menos: algo así como -mi com. 1- como un asteroide -pongamos que como el de Chixulub miles de millones de menor masa que nuestro satélite- y eso es incapaz de producir lentes gravitacionales, aunque, claro, depende del número de ellos por unidad de volumen. Si fuesen muchos… quizá, aunque, como se explica, relacionando Vía Láctea con Andrómeda, su «densidad» aumentaría y quizá fuesen detectables por desviaciones de los rayos gamma. Todos los comentarios son muy interesantes, y especialmente el de «Visitante» que su trabajo se ha tomado.
Mil gracias.
viernes 23 octubre, 2020 @ 5:19 pm
Entiendo que los estudios de este tema que se referencian en esa página de La web de Física se pueden resumir sencillamente como:
a). La materia oscura no puede estar constituida por agujeros negros primordiales de menos de 175 millones de toneladas porque ya se habrían desintegrado todos por radiación de Hawking y no quedaría ninguno.
b). La materia oscura no puede estar constituida significativamente por agujeros negros de más de 175 millones de toneladas porque ya los habríamos detectado por femtolensing o/y microlensing gravitacional en los experimentos efectuados específicamente para ello.
Saludos.
sábado 24 octubre, 2020 @ 11:41 am
Habré de confesar, admirado Albert, que las masas obtenidas por mí, oscilaban entre 70 millones de Tm y unas cien veces mayores. Y como con tu límite que ni pueden ser menores ni mayores, pues eso, que me quedo sin nada.
Solo queda la esperanza de que la MO no sean ANP, o algo así como esos granos de sal -o quizá de azúcar- u otra materia que ni se nos haya ocurrido.
Pues a ver si lo adivinamos.
Saludos.
sábado 24 octubre, 2020 @ 2:07 pm
Pensando en el asunto de los ANP, me acordé del artículo que leí en ‘El País’ relacionado con la conferencia que pronunció Juan García-Bellido. Si bien hay argumentos sólidos en contra de la existencia en grandes cantidades de ANP, también los hay en favor de esa existencia. Así, que quizá, sea demasiado pronto para cantarles las exequias a esos interesantes bichos que son los agujeros negros primordiales. Interesantes por cuanto quizá tengamos mal entendidas las ecuaciones de formación y evolución estelar.
Así que en espera de más potencia observacional, con mejores en LIGO, el telescopio Einstein, el detector espacial LISA, si el tiempo y la autoridad competente no lo impiden ( El dinero, y el SARS-CoV 2′) aquí os dejo el artículo dicho:
https://elpais.com/ciencia/2020-10-08/el-universo-puede-contener-millones-de-agujeros-negros-de-materia-oscura.html
domingo 25 octubre, 2020 @ 1:02 pm
Muchas gracias, amigo Lluís. Has renovado mi esperanza con ese artículo de «EL País», porque viene a decir que todo puede ser, ya que es poquísimo de lo que sabemos con certeza de los AN, incluidos los ANP.
Sigo con mi pregunta, a ver si alguien puede contestarla: Si los AN se tragan toda la luz que les llega, como esta no tiene límite, pero va ejerciendo una presión que ha de llegar a tener valores descomunales, ¿qué pasa?.¿Se hacen cada vez mayores sin más o podrían llegar a reventar por algún lado, porque si la gravedad es la gravedad, también la presión es la presión. ¿Puede haber un equilibrio? Me gustaría ser capaz de calcularlo, pero me temo que no podría. Ya veremos, si nadie puede ayudarme, que decía el ciego cuando atravesaba la autopista.
domingo 25 octubre, 2020 @ 10:38 pm
Del enlace que compartes, querido amigo Albert, enbtresaco:
«…el gran telescopio Subaru en Hawai, que puede capturar toda la imagen de la galaxia de Andrómeda a la vez. Teniendo en cuenta la rapidez con la que se espera que los agujeros negros primordiales se muevan por el espacio interestelar, el equipo tomó varias imágenes para poder captar el parpadeo de una estrella mientras se ilumina durante un período que puede ir de unos minutos a horas debido a una lente gravitacional.
De 190 imágenes consecutivas de la galaxia de Andrómeda tomadas durante siete horas durante una noche despejada, el equipo revisó los datos en busca de posibles eventos de lentes gravitacionales. Si la materia oscura consiste principalmente en agujeros negros primordiales de masa inferior a la de la Luna, los investigadores deberían haber encontrado unos 1000 eventos. Pero tras cuidadosos análisis, solo pudieron identificar un caso. Por lo tanto, los resultados muestran que los miniagujeros negros primordiales no pueden aportar más del 0,1% de toda la masa de materia oscura necesaria para explicar la curva de rotación de las galaxias».
lunes 26 octubre, 2020 @ 2:21 am
Querido amigo Tomás, queridos todos:
Te propongo que en nuestra próxima cita -a la que invitamos a los amigos de la página- vayamos a mirar por el telescopio que estoy a punto de comprarme. No me voy atrever con uno de 12 pulgadas porque pesa mucho y me haría daño en la espalda, pero con uno de 10 pulgadas ya se pueden ver Júpiter y sus lunas mayores como en este vídeo…
https://www.youtube.com/watch?v=CCqol51qpvc
…Bastante mejor que Galileo.
Abrazos astronómicos.
lunes 26 octubre, 2020 @ 9:30 am
¡Felicidades Miguel Angel, un 254mm es un «pepino» imponente! Por otro lado no sé lo que es para tí «no pesar mucho», a lo mejor eres de Bilbao :) pero si compras un reflector de 254mm con una buena montura ecuatorial y motores de seguimiento, el peso se va a 40 ó 50 kg.
Supongo que ya sabes que lo que verás con tu ojo es como hasta el 0:41/1:39 del vídeo. Lo que hay después, es lo que capta una cámara fotográfica siguiendo al planeta durante bastante tiempo, y apilando las capturas y puliéndolas mediante programas de tratamiento de imagen.
Quizá también lo sepas, pero hay un muy buen foro de Astronomía Amateur en castellano, en el que muchos aficionados cuelgan sus fotos y sus consultas, en https://www.espacioprofundo.com/
Saludos y disfruta el telescopio.
lunes 26 octubre, 2020 @ 2:37 pm
¡¡Ja, ja, ja!! Pues casi, casi de Bilbao: me nacieron en Santurce/Santurtzi. Pero me faltan los 8 apellidos vascos, muy querido Albert. Teniendo en cuenta que lo que más me interesa es enfocar planetas lo más precisamente posible ¿qué modelos de 254mm me recomendarías?
Un fuerte abrazo.
lunes 26 octubre, 2020 @ 4:03 pm
Miguel Ángel, para observación planetaria los más recomendados entre los de 254mm suelen ser los Schmidt-Cassegrain, los Cassegrain-Maksutov, los Meade ACF (Advanced Coma Free) y los Ritchey-Chretien.
Saludos y suerte con la elección, ya nos explicarás.
lunes 26 octubre, 2020 @ 5:18 pm
Muy agradecido, Albert. En principio había pensando en un Dobsonian Skywatcher 10″, o similar, que leo que se colima muy rápido, tiene base de madera y pesa y cuesta menos, pero no sé si pierde mucho con respecto a los que me recomiendas.
Salut.
lunes 26 octubre, 2020 @ 7:37 pm
Un newtoniano de 10″ f~5 es un gran telescopio en el que se ve bien todo, incluido los planetas.
Saludos.
lunes 26 octubre, 2020 @ 9:50 pm
Don Miguel: Me parecen maravillosas las dos ideas: vernos y ver a Mr. Júpiter. Es muy bonito lo que indica Albert.
Por lo que hemos hablado, no hay eclipse en diciembre; lo que hay es la última luna llena del año, creo que el día 12, pero, más o menos, eso ya lo sabíamos por aquello del periodo lunar.
Un gran abrazo para ambos.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 12:15 am
Espero que en breve, querido Tomás.
Querido amigo Albert:
Disculpa mis dudas. Como no veo que haya fotos en Internet, no se si me puedes aclarar si es exagerado lo que he leído hoy de un comentarista del foro que me recomiendas: decía que un newtoniano f10 de 200mm de apertura y 2 metros de longitud sería notablemente superior en cuanto a nitidez y detalles a un f5 de 254 mm o un Matsukov de 200mm. Las lunas mayores de Júpiter decía que se ven «como canicas».
Como solo se fabrican por encargo, ¿merecería tanto la pena para obervación planetaria, aunque pierda capacidad a cielo profundo?, ¿podría hacerse un modelo retráctil?, ¿de qué precios aproximados hablaríamos?
miércoles 28 octubre, 2020 @ 12:59 am
«Maksutov», perdón.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 11:29 am
Lo más aproximado que he encontrado es un newtoniano 254/1600 de Orion Optics, tan ligero de peso que me hace temer que no aguante bien los golpes y del que ya he leído alguna crítica peyorativa en Internet, pero otras estupendas en relación a su uso en observación y fotografía planetaria. Pero hay que encargar por separado el telescopio y el motor-buscador, en caso de que lo quieras tener.
Los siguientes ya son 254/1270, como el Meade y el Explore Scientific.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 12:27 pm
Miguel Ángel perdona, aunque tengo uno, yo no soy un gran experto en telescopios. Sí sé que para planetaria son más aconsejables los catadióptricos f/10 (como te indiqué en un post anterior) frente a los newtonianos f/5, porque tienen mayor distancia focal.
Como los planetas necesitan mucho aumento, eso es una ventaja pues puedes usar directamente oculares de distancia focal y calidad razonable para obtener ese gran aumento.
Con los newtonianos f/5, para grandes aumentos necesitas oculares de distancias focales muy cortas (más problemáticos y caros si se quieren de alta calidad) y añadir lentes de Barlow que siempre absorben algo de luz y algo atenúan la imagen.
Un newtoniano de 200mm de apertura f/10 del que dices que habla ese forero, no creo ni que exista como estándar a la venta: cerca del cénit tendrías que poner el ojo a 2 metros de altura y necesitarías una escalera, sería incomodísimo. Y si el forero no me explica muy, muy bien porqué dice que es mejor que un catadióptrico 254 mm f/10, de entrada, no me lo creo para nada.
Mi consejo es que te des de alta y preguntes en el foro de astronomía que te indiqué antes, allí hay gente que tiene “cañones” como el que tú pretendes comprar y sabe mucho, además suelen ser muy amables.
Si generas allí una pregunta no olvides indicar:
– Que lo quieres fundamentalmente para planetaria
– Que lo vas a usar principalmente en visual
– Cuál es tu presupuesto máximo a gastar
– Si vas a tenerlo fijo o te moverás con él (por el tema peso) Y si te vas a mover, en qué medios de transporte.
Saludos y suerte.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 1:03 pm
Creo que es en este hilo, querido amigo Albert:
http://www.astronomo.org/foro/index.php?topic=27758.0
Del que extraigo el comentario de julowi:
«Si lo que tú quieres en concreto es un telescopio para ver bien los `planetas, entonces el telescopio ideal es uno con una larga focal no menor a F: 10, y en modelo Newton. Como podría ser un 200 mm , claro que te vas a 2 metros de tubo o estructura prácticamente, pero lo que verás por el ocular no lo vas a ver en la mayoría de telescopios.
200mm de diámetro en F 10 , te darán un contraste de imagen abrumador y una exquisita resolución. Se de que hablo.»
La comparativa a la que me refiero debe de estar en otro hilo. Voy a plantear las dudas en el foro y no dudes que ya te contaré cuando tome una decisión.
Muchas gracias.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 1:36 pm
Solo una cosa Miguel Angel, observa que yo en ningún momento me he referido a ese foro, sino a este:
https://www.espacioprofundo.com/
Saludos.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 1:57 pm
Por eso acabo de preguntar en el que me indicas, así contrasto lo otro que acabo de poner, que tampoco me lo acabo de creer. No obstante, la comparativa era entre un newtoniano 254mm/f10 y un Matsukov de 200, no de 254.
Mi mujer está más interesada en ver nebulosas y galaxias lejanas, mientras que yo lo estoy más en planetas: como me has indicado con anterioridad, un newtoniano de 254mm abre ambas opciones con un presupuesto que, aunque no es pequeño, la verdad es que pensaba que iba a tener que ser mucho mayor.
De nuevo, muchísimas gracias por tu interés y por espolear el mío.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 2:00 pm
Perdón, un 200/2000, no un 254/2000.
miércoles 28 octubre, 2020 @ 2:02 pm
Pero me vuelvo a equivocar, tendría que ser un 254/2540 para que siga siendo un f10.
Saludos.