12/Feb/08

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Nueva teoría cósmica unifica las fuerzas oscuras

Una nueva teoría dice que la materia oscura y la energía oscura podrían surgir de un único fluido oscuro que impregna todo el universo.

Los dos misterios más grandes de la cosmología pueden ser uno. Una nueva teoría dice que la materia oscura y la energía oscura podrían surgir de un único fluido oscuro que impregna todo el universo. Y eso podría significar que las búsquedas de materia oscura iniciadas en la Tierra aparecerían vacías.

La materia oscura, como al principio se supuso, es una masa adicional escondida que los astrofísicos calculan necesaria para mantener unidas las galaxias que giran rápidamente. La idea más popular es que esta materia está hecha de unas partículas aún no identificadas que casi no tienen interacciones con la materia luminosa u ordinaria. Sin embargo parece estar en todas partes, actuando como un andamio para los grupos galácticos y toda la estructura del universo.

Por otra parte, la energía oscura es necesaria para explicar el descubrimiento más reciente: la aceleración de la expansión del universo. Supuestamente existe en todo el espacio, produciendo una presión que actúa contra la gravedad.

No es sensato pensar que una sustancia pueda ser tanto un ancla gravitatoria para las galaxias y una fuerza de antigravedad para el universo. Sin embargo, HongSheng Zhao de la Universidad de San Andrews en Escocia afirma que una energía oscura con la forma de un fluido puede actuar como materia oscura cuando su densidad se vuelve bastante alta.

"La energía oscura es una propiedad del vacío, de campos que no vemos fácilmente", dijo Zhao a Space.com. "De ella, podemos deducir el efecto de la materia oscura".

Zhao compara este fluido oscuro con la atmósfera de la Tierra. La presión atmosférica hace que el aire se expanda, pero parte del aire puede colapsar para formar nubes. Del mismo modo, el fluido oscuro podría expandirse en general, pero también podría condensarse alrededor de las galaxias para ayudar a mantenerlas unidas.

Unificación

Zhao no es el primer teórico que intenta poner a la energía oscura y a la materia oscura bajo el mismo marco.

El tipo de fluido oscuro que Zhao está buscando es similar a uno que idearon Pedro Ferreira y sus colegas de la Universidad de Oxford hace unos años.

"[Nuestra teoría] involucra postular una dirección temporal preferida, en cierto sentido un marco temporal especial", dijo Ferreira. "Tiene el interesante efecto de modificar la teoría de relatividad general de Einstein".

La idea es similar al "éter", un medio invisible que los físicos alguna vez pensaron cruzado por las ondas de luz. La relatividad de Einstein eliminó la necesidad de tal medio, pero los cosmólogos han encontrado recientemente que el éter como sustancia puede imitar a la materia oscura.

La presencia de tal sustancia cambia la manera en que funciona la gravedad. Esto es más notable en los límites distantes de una galaxia, donde se esperaría que la gravedad galáctica fuera pequeña, pero el éter la hace mucho más fuerte.

El éter "efectivamente suaviza el espacio-tiempo en regiones de baja aceleración [gravitacional] y lo hace más sensible que lo habitual a la presencia de masa", explica Ferreira.

Zhao ha refinado este enfoque y encontró que puede comprobar muchos datos astronómicos, según lo divulgado en un reciente artículo reciente en la Astrophysical Journal Letters.

"Me gusta [el modelo de Zhao] porque muestra que estas teorías son predictivas y, si se resuelve detalladamente, se puede probar correctamente contra el experimento", dijo Ferreira.

Para empezar, el fluido de Zhao se divide en una parte de energía oscura y una parte de materia oscura con el mismo porcentaje visto en las observaciones (la energía oscura es más o menos el 75% del contenido de masa-energía, mientras que la materia oscura es el 21% y la materia normal completa el último 4%).

Aunque el fluido está a nuestro alrededor, Zhao encontró que no afecta el movimiento de la Tierra o de los otros planetas, lo cual es "tranquilizador", dijo, porque los datos muestran que nuestro Sistema Solar obedece a la gravedad tradicional con muy alta exactitud.

Pero el fluido afecta la velocidad a la que las galaxias pueden rotar. Hace unos 75 años, los astrónomos notaron que las galaxias giraban más rápidamente que lo esperado por la cantidad de materia luminiscente normal que contenían. La respuesta parecía necesitar alguna forma de materia oscura invisible.

Sin embargo, Zhao ha demostrado que su fluido puede evitar que las galaxias se vayan volando exactamente como la materia oscura.

Zhao también ha probado su modelo contra el macizo de las galaxias, donde una enorme colisión parece haber pelado gas caliente de su envoltura de materia oscura. Esta materia oscura "desnuda" fue considerada una prueba de acero para las teorías tradicionales de la materia oscura, pero Zhao afirma que su fluido puede reproducir el mismo efecto.

Christian Boehmer de la Universidad de Londres piensa que es "convincente" que el modelo de Zhao pueda reproducir tanto datos galácticos.

Una búsqueda de palabra

Si el fluido oscuro imita a la materia oscura, entonces los científicos están buscando en vano la elusiva partícula de materia oscura, a menudo llamada WIMP (por partícula con débil interacción de masa).

Actualmente, varios experimentos están intentando detectar una rara colisión de un WIMP sobre la Tierra, u observar los rayos gamma de una distante auto-aniquilación de un WIMP.

"Las detecciones directas serán más difíciles", dijo Zhao. Los WIMP pueden existir todavía, pero no habrá tantos de ellos como los predichos.

Sin WIMP de qué preocuparse por allí, el fluido oscuro podría hacerle el trabajo más fácil a los científicos.

Pero no muchos cosmólogos están listos a abandonar la materia oscura todavía. La idea del fluido oscuro sigue siendo bastante nueva, así que todavía quedan asuntos a ser resueltos, mientras que la materia oscura es una teoría bastante madura.

"El modelo actual [de materia oscura] proporciona el mejor ajuste a los datos y es por lo tanto el mejor modelo disponible", dijo Boehmer.

Sin embargo, Boehmer está de acuerdo en que tener dos desconocidos -materia oscura y energía oscura- que constituyen el 95% del universo es un poco embarazoso para la cosmología.

"Francamente hablando, son apenas palabras de fantasía que utilizamos para nombrar algo que no entendemos", dijo.

"Si un modelo más simple (con una sola palabra) puede explicar todos los datos, entonces los cosmólogos la aceptarán alegremente", dijo Boehmer.

Fuente: Space.com Michael Schirber. Aportado por Graciela Lorenzo Tillard