Discos de materia oscura envolverían las galaxias, incluyendo la nuestra - principal


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Un grupo de investigadores en los EEUU ha postulado un nuevo tipo de materia oscura, que podrían interactuar fuertemente con la materia ordinaria para formar grandes discos que se superponen a las galaxias como la nuestra

Se cree que hay por lo menos cuatro veces más materia oscura en el universo que materia ordinaria. Se cree, en general, que a pesar de su gran abundancia la materia oscura interactúa muy débilmente con la materia convencional, haciendo que se formen halos amorfos alrededor de las galaxias que contrastan con los discos galácticos, ricamente estructurados. La nueva investigación sugiere que este punto de vista puede ser simplificado, argumentando que una minoría sustancial de la materia oscura podría, de hecho, interactuar fuertemente, y podría ser detectada en las observaciones de los rayos cósmicos.

Compleja oscuridad

Se ha acumulado mucha evidencia para apoyar la existencia de la materia oscura que, a diferencia de la materia normal, no emite ni absorbe radiación electromagnética. Por ejemplo, las velocidades de rotación mayores a lo esperado de las estrellas en las regiones exteriores de las galaxias sugieren que las galaxias contienen más masa que la que ser puede explicar por la simple suma de toda la materia que emite luz.

Sin embargo, los científicos aún no saben qué es, en realidad, la materia oscura. Ellos saben que la mayor parte de la materia oscura interactúa débilmente con la otra materia, y con ella misma. Entre los principales candidatos que tienen los teóricos de ser materia oscura están las llamadas partículas masivas de interacción débil (WIMPs) y los axiones, que rara vez colisionan entre sí. La existencia de estas partículas también se proponen en trabajos de otras áreas de la física: las WIMPs son predichas por algunas formas de la supersimetría, mientras que los axiones podrían explicar por qué las interacciones fuertes obedecen a la simetría de carga-paridad.

Más de lo que parece

En su reciente trabajo, Lisa Randall y sus colegas en la Universidad de Harvard sostienen que tales partículas débilmente interactuantes no nos pueden contar toda la historia. Al tener en cuenta las características de la materia oscura que rodea nuestra galaxia, la Vía Láctea, los investigadores calculan que puede ser que hasta un 5% de la materia oscura no sea débilmente interactuante. También señalan que este “doble disco de materia oscura” (DDDM, del inglés double-disc dark matter), como lo llaman, probablemente disipa energía mientras retiene el momento angular de su movimiento alrededor del centro de la galaxia, haciendo que se forme un disco delgado al igual que lo hace la materia galáctica ordinaria. Su trabajo da como resultado que los discos oscuros y el visible tendrían aproximadamente la misma masa, lo que implica que las densidades de los DDDM y la materia normal en el universo sería más o menos igual.

“Nuestro modelo no propone resolver ningún problema en particular”, dice el miembro del grupo Matthew Reece. “Pero creemos que es importante tener en cuenta una gama más amplia de posibilidades de lo que podría ser la materia oscura. Tenemos la suerte de vivir en una época rica en datos, y queremos estar seguros de que no estamos pasando por alto un descubrimiento espectacular entre todos esos datos “.

Según los investigadores, los discos DDDM contendrían el equivalente de materia oscura de los protones y electrones, que interactuarían a través de un análogo del electromagnetismo, por lo que se crearían átomos oscuros. El modelo minimalista que ellos han considerado en su trabajo actual, sin embargo, no incluye los análogos de las fuerzas nucleares, por lo ellos no predicen que los DDDM creen estrellas tal como las conocemos. Reece dice que él y sus colegas se limitaron a este modelo simple porque era relativamente fácil de analizar y determinar cómo podría ser comprobado, pero explica que, en principio, se podría desarrollar un modelo más complejo, que incorpore la física nuclear. De hecho, añade, “no parece completamente fuera de cuestión que podría haber formas de vida hechas de materia oscura“, aunque subraya que esta idea especulativa “no es muy científica, ya que no conocemos una buena manera de probarlo “.

Detección de discos oscuros

El disco oscuro, por otra parte, podría ser detectable en un futuro próximo. Reece explica que la prueba de su existencia podría surgir del efecto gravitatorio que tiene sobre el movimiento de los miles de millones de estrellas de la Vía Láctea que estudiará la próxima misión Gaia de la Agencia Espacial Europea. Por otra parte, escriben él y sus colegas, la aniquilación de partículas DDDM daría, cuando se dé la sensibilidad suficiente, señales “notablemente diferentes” a las de la materia oscura ordinaria que los detectores espaciales PAMELA, Fermi y AMS-02 están buscando.

La detección directa, sin embargo, sería más difícil. Los físicos han construido una serie de experimentos subterráneos que buscan una supuesta interacción entre las partículas de materia oscura ordinaria y el material de los detectores. Pero como señala el equipo de Harvard, estos detectores tendrían dificultades para observar variantes de los DDDM porque los discos oscuros que contienen este material exótico pueden no estar alineados con nuestro disco visible. Además, aún si los dos discos se alinean, es probable que su velocidad relativa sería demasiado baja para generar colisiones suficientemente energéticas para los detectores, dice el equipo.

Daniel Hooper, un astrofísico en el Fermilab en los EEUU, dice que el grupo de Harvard ha creado “una hipótesis interesante” y que las predicciones “recibirán un gran interés por parte de muchos de nosotros, los que trabajamos en la investigación de la materia oscura”.

Mientras tanto, Roberto Battiston, un físico de la Universidad de Trento en Italia, y portavoz adjunto del AMS-02, dice que la distribución peculiar en forma de disco de DDDM podría ser identificable con el experimento de su grupo, si existe tal sustancia. Pero él advierte que podría haber muchas teorías para explicar cualquier señal de algo similar a materia oscura recogida por el detector.

La investigación se publica en la revista Physical Review Letters.

Fuente: Physics World. Aportado por Eduardo J. Carletti

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