La estrellas enanas blancas calientes podrían revelar la materia oscura “inelástica” - principal


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Las estrellas enanas blancas ¿podrían ser mantenidas calientes por la materia oscura inelástica?

La observación directa de la materia oscura —sustancia que se cree representa el 80% de la materia en el universo— es, en el mejor de los casos, ncompleta. Algunos experimentadores han hallado lo que parecen ser señales de materia oscura, mientras que otros, buscando dentro del mismo juego de parámetros, no han encontrado nada. Sin embargo, hay una candidata para la hipotética materia oscura, a la qie se conoce como materia oscura “inelástica”, que podría conciliar estos resultados. Y ahora dos equipos de físicos han propuesto nuevas formas de ver si existe.

La historia de la materia oscura inelástica empieza a más de un kilómetro por debajo de la montaña Gran Sasso en Italia, el hogar del experimento subterráneo DAMA. Allí, un banco de detectores observa los esperados flashes de luz que deberían surgir cuando una partícula de materia oscura golpea un núcleo dentro del área del experimento. A pesar de que, en teoría, estas colisiones son muy raras, debería haber más flashes en verano, cuando la Tierra está en órbita en contra del prevaleciente “viento” de materia oscura en nuestra galaxia.

El equipo de DAMA reclamó la primera observación de esta señal en el 2000, y durante la siguiente década ha incrementado su precisión. En su análisis más reciente (disponible en arXiv: 1002.1028), los investigadores afirman que existe evidencia de partículas de materia oscura con una significación estadística de 8,9 sigma, o, para decirlo de otra manera, con la mayor precisión que se podría esperar.

No hay señales de concordancia

Sin embargo, estos resultados no han logrado convencer a muchos físicos. Parte del problema es que podría haber algún otro factor que resulta modulado con las estaciones, imitando la tan buscada señal de materia oscura. Pero más preocupante es que varios otros experimentos de detección directa —CDMS en los EEUU o ZEPLIN en el Reino Unido, por ejemplo— no han encontrado ninguna concordancia utilizando diferentes detectores de señales.

Para evitar esto, algunos físicos han propuesto diferentes tipos de materia oscura, que sólo interactúan con los detectores de DAMA. Uno de ellos, la materia oscura inelástica, fue propuesto en 2001 por David Smith de la Universidad de California en Berkeley y Neal Weiner en la Universidad de Washington. A diferencia de la normal, la materia oscura “elástica”, la materia oscura inelástica se vuelve más pesada cuando golpea un núcleo atómico de masa uficiente. Debido a que el yoduro de sodio tiene núcleos más grandes, sólo DAMA sería aportar a la materia oscura inelástica el salto de masa necesario para que se pueda producir su dispersión y producir los flashes que la revelan.

Ahora, dos grupos independientes han tratado de encontrar maneras de identificar las evidencias de materia oscura inelástica en algún lugar fuera del laboratorio, a saber, en las antiguas estrellas enanas blancas. Las enanas blancas son las tenues y compactas formas que adoptan la gran mayoría de las estrellas en sus últimos años, y a medida que envejecen éstas se enfrían. La más antiguas y más frás tienden a residir en los centros de las galaxias, o en las regiones gran densidad de materia oscura.

Calentando viejas enanas blancas

Los dos grupos —uno de ellos incluye a Dan Hooper y sus colegas en el Fermilab en los EEUU, y el otro es Matthew McCullough en la Universidad de Oxford y Malcolm Fairbairn en el King’s College de Londres en el Reino Unido— han calculado cómo debe interactuar la materia oscura con los núcleos atómicos de una vieja enana blanca cuando es acelerada hacia el interior por las enormes fuerzas gravitacionales de la estrella. Según sus cálculos, la materia oscura inelástica debe interactuar mucho más fuerte que la materia oscura elástica, lo que significa que mucha más de esta materia terminaría por ser absorbida por la estrella. Y esta masa añadida significa, a su vez, que la temperatura de la estrella se mantiene un poco más, a alrededor de 7000 K en vez de 3000 K.

“Si se observa [una densa región de materia oscura] y, en lugar de ver enanas blanca muy frías se ven enanas blanca que no tienen menos de, digamos, seis o siete mil grados Kelvin, entonces se podría decir, ¿eh, tal vez estas enanas blancas sí se enfrían, pero han tocado un piso donde no se pueden enfriar más porque la materia oscura inelástica les eleva la temperatura”, explica Hooper. “Y eso sería prueba del escenario [de la materia oscura inelástica]”.

Ambos grupos sugieren que se busquen enanas blancas inusualmente calientes como medio para encontrar pruebas de la materia oscura inelástica, aunque hay diferencias entre los estudios. Mientras que McCullough y Fairbairn se han centrado en las regiones cerradas de estrellas estrechamente unidas que se conocen como cúmulos globulares, el grupo de Hooper cree que hay una mayor densidad de materia oscura en los centros galácticos, lo que haría más fácil la búsqueda de las enanas blancas. Sin embargo, como señala McCullough, la cuestión no se resuelve. “Independientemente de los detalles de estimar la cantidad de materia oscura, es un escenario muy interesante para buscar pruebas de materia oscura inelástica”, añade.

Weiner —ahora en la New York University— está de acuerdo con el grupo de Hooper en que los centros galácticos presentan la región más prometedora para probar la hipótesis. Sin embargo, también piensa que las observaciones de antiguas enanas blancas se podría usar para mapear la distribución de materia oscura, una vez que los experimentos directos de detección hayan descubierto la verdadera naturaleza de las partículas de materia oscura. “En lugar de ser pruebas de las teorías de la materia oscura, [las enanas blancas] pueden ser excelentes sondas de la estructura del halo de materia oscura de la galaxia”, dice. “Puede ser que la verdadera importancia de estos trabajos venga después de que nosotros sepamos qué es la materia oscura, una perspectiva verdaderamente emocionante”.

Se pueden encontrar preimpresiones de los estudios en arXiv: 1001.2737 y arXiv: 1002.0005.

Acerca del autor

Jon Cartwright es un periodista independiente con sede en Bristol, Reino Unido

Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti

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