Las estrellas en algunas galaxias espirales giran rápidamente. Según las leyes
de la mecánica de Newton, la velocidad de una estrella a lo largo de
su órbita depende de la masa de la galaxia
contenida dentro de la órbita de la estrella. Sin embargo la masa visible es
mucho menor que lo esperado. ¿Dónde está la masa que falta? Crédito: Astroverada.com
Los teóricos piensan que la
materia oscura fue forjada en las consecuencias del Big Bang.
Las
transiciones están por todas partes. El agua se congela, se funde o se hierve; los
enlaces químicos se rompen y forman para fabricar nuevas sustancias a partir de
diferente ordenamiento de los átomos.
El
universo mismo pasó por importantes transiciones en los primeros tiempos.
Nuevas partículas fueron creadas y destruidas continuamente hasta que las cosas
se enfriaron lo suficiente para permitirles sobrevivir.
Esas
partículas incluyen las que conocemos, como el Bosón de Higgs o el Quark Top
(Superior). Pero también podrían incluir la materia oscura, partículas
invisibles que actualmente sólo conocemos debido a sus efectos gravitatorios.
En
términos cósmicos, las partículas de
materia oscura podrían ser una "reliquia térmica", forjada en el
universo temprano caliente y luego dejada atrás durante las transiciones a eras
más moderadas. Una de estas transiciones, conocida como "freeze-out",
cambió la naturaleza de todo el universo.
El congelador cósmico caliente
En
promedio, el universo de hoy es un lugar bastante aburrido. Si se elige un
lugar aleatorio en el cosmos, es mucho más probable que esté en el espacio
intergaláctico que, digamos, el corazón de una estrella o incluso dentro de un
sistema solar alienígena. Ese lugar es probablemente frío, oscuro y tranquilo.
No
puede decirse lo mismo para un lugar
aleatorio poco después del Big Bang.
"El universo era tan caliente que
las partículas que se producen a partir de fotones y que se rompen en otros
fotones; de fotones que chocan con electrones, y electrones que al golpear positrones generan
la producción de estas partículas que son muy pesadas", dice Matthew Buckley de la Universidad de Rutgers.
El
cosmos entero era un partido que rompía las partículas, pero cada fiesta no
estaba destinada a durar; este duró sólo un billón de segundo. Después de eso
vino el congelamiento cósmico. Durante el congelamiento, el universo se
expandió y se enfrió lo suficiente para que las partículas chocaran con menos
frecuencia pero catastróficamente.
Un milagro maravilloso, el WIMP
Una
razón para pensar en la materia oscura como una reliquia térmica es una
interesante coincidencia conocida como el "Milagro WIMP".
WIMP – sigla en inglés de Weakly Interacting Massive Particles que significa "Partícula Masiva de Interacción Débil"
- son los candidatos más aceptados para
la materia oscura.
La
teoría dice que los WIMP son probablemente más pesados que los protones e
interactúan a través de la
fuerza débil, o al menos interaccionan relacionados con la fuerza débil.
El
último bit es importante, porque el congelamiento de una partícula específica
depende de qué fuerzas lo afectan y de la masa de la partícula. Las reliquias
termal hechas por la fuerza débil nacieron temprano en la historia del universo
porque las partículas necesitan ser atascadas para que la fuerza débil, que
trabaja solamente a través de distancias cortas, sea un factor.
"Si la materia oscura es una reliquia térmica, puedes calcular cuán grande
debe ser la interacción entre las partículas de materia oscura", dice Buckley.
Tanto
la luz primordial conocida como fondo de microondas cósmico, como el
comportamiento de las galaxias, nos dicen que la mayoría de la materia oscura
debe ser de movimiento lento ( "frío" en el lenguaje de la física).
Esto significa que las interacciones entre las partículas de materia oscura
deben ser de baja intensidad.
"A través de lo que es tal vez un
hecho muy profundo sobre el universo", dice Buckley, "esa
interacción resulta ser la fuerza de lo que conocemos como la fuerza nuclear
débil".
Ése
es el milagro de WIMP: Los números son perfectos para hacer la cantidad justa
de materia WIMPy.
La
gran captura, sin embargo, es que los experimentos no han encontrado ningún
WIMP todavía. Es demasiado pronto para decir WIMPs no existen, pero descarta
algunas de las predicciones teóricas más simples sobre ellos.
En
última instancia, el milagro WIMP podría ser una coincidencia. En lugar de la
fuerza débil, la materia oscura podría implicar una nueva fuerza de la naturaleza
que no afecta a la materia ordinaria lo suficientemente fuerte para detectar.
En ese escenario, dice Jessie Shelton de la Universidad de Illinois en
Urbana-Champaign, "Podrías tener
congelación térmica, pero el congelamiento es de materia oscura a algún otro
campo oscuro en lugar de [algo en] el Modelo Estándar".
En
ese escenario, la materia oscura seguiría siendo una reliquia térmica, pero no
un WIMP.
Para
Shelton, Buckley y muchos otros físicos, la búsqueda de materia oscura todavía
está llena de posibilidades.
"Tenemos razones realmente
convincentes para buscar WIMPs térmicos", dice Shelton "Vale la pena recordar que este es sólo un pequeño rincón de un espacio
mucho más amplio de posibilidades".
Fuente: Compilado de Symmetry 11.agosto.2016
(Fermilab) Revista en línea – Matthew R. Francis
Traducción
libre de SOCA
Lectura complementario del tema: ¿Hay una partícula de energía oscura?