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Planetas compactos con materia oscura

Dos físicos teóricos en España y Alemania Plantean la posibilidad de que existan planetas muy compactos, con masas similares a la de Júpiter o la Tierra, pero mucho más pequeños. Este tipo de objeto ocultaría materia oscura en su interior, no observable, aunque por el exterior sería visible. Comienzan a buscarlos desde ahora por el universo

La mayor parte de la masa del universo se compone de una miseriosa entidad llamada materia oscura. No la hemos podido detectar, pero se deduce su existencia por los efectos gravitatorios que ejerce sobre la materia visible. Entre los métodos indirectos para buscar esta enigmática materia oscura se destaca el análisis de sus efectos en las estrellas de neutrones y las enanas blancas.

Se investiga una nueva familia de objetos compactos que estarían formados por materia oscura mezclada con la materia de una estrella de neutrones y material de una enana blanca. Se considera materia oscura no autoaniquilante con una ecuación de estado dada por un gas de Fermi que interactúa. De esta simulación se obtuvieron nuevas soluciones estables: planetas compactos oscuros.


Ilustración de un planeta similar a Júpiter flotando libremente en el espacio sin estrella. / NASA/JPL-Caltech

Con materia oscura de interacción débil, los planetas compactos oscuros tienen masas similares a la Tierra y radios de unos pocos kilómetros a unos cientos de kilometros, mientras que tienen masas como la de Júpiter y radios de unos cientos de kilometros para el caso de materia oscura de interacción fuerte (los investigadores sugieren que las partículas de los componentes que forman unas partículas ‘sigilosas’ o invisibles de materia oscura tienen cada cual una carga fraccionada de un medio positivo o negativo, y se mantienen unidos por una «forma oscura» de la interacción fuerte. Tendrían una carga neutra, lo que les permite interactuar muy débilmente con la materia ordinaria, la luz, los campos eléctricos y campos magnéticos).

Los planetas compactos oscuros podrían formarse primordialmente y acretar material de una enana blanca después. Se podrían observar exoplanetas con radios inusualmente pequeños. Por otra parte, encontraron que 2 púlsares de masa solar (solar mass = M-) observados recientemente fijan un límite a la cantidad de materia oscura en el interior de las estrellas de neutrones, que es, a lo sumo, 10-6 masas solares.

Como resultado del estudio de estos tipos de estrellas, la investigadora Laura Tolós del Instituto de Ciencias del Espacio (IEEC-CSIC), en Barcelona, y el profesor Juergen Schaffner-Bielich de la Universidad de Frankfurt (Alemania), acaban de presentar la hipótesis de la existencia de un nuevo tipo de objeto astronómico, que nos permitiría conocer más sobre la existencia y naturaleza de la esquiva materia oscura.

Se trataría de compactos planetas con la materia oscura en su interior, unos objetos estables y visibles por fuera gracias a sus materiales provenientes de estrellas compactas (como las de neutrones y las enanas blancas).

Estos nuevos exoplanetas tendrían una masa similar a la de la Tierra o a la de Júpiter —por eso se los ha bautizado como planetas—, pero con un radio pequeño, de decenas a centenares de kilómetros. Es decir, su tamaño sería muy pequeño en relación con su masa y, por lo tanto, muy compactos.

Los investigadores han publicado este mes en la revista Physical Review D sus análisis sobre la estabilidad y las características de estos nuevos objetos. Los autores predicen que su formación se debería a la atracción gravitatoria que ejercen sobre el material estelar los ‘grumos’ de materia oscura originados tras el Big Bang.

Próximo reto: búsqueda por observación

Estos extraños exoplanetas representarían la evidencia de la presencia de materia oscura en nuestro universo. El reto ahora es encontrarlos.

“La observación de objetos astronómicos con masas similares a la de Júpiter o la Tierra pero con radios inusualmente pequeños sería evidencia de su existencia”, explica Tolós. Pero esta observación representa un gran desafío, debido precisamente al pequeño tamaño de estos compactos planetas con núcleo de materia oscura.

La detección podría realizarse por medio de la técnica del efecto de lente gravitacional, que se utiliza en la búsqueda de exoplanetas. Este efecto se basa en que la trayectoria de la luz emitida por una estrella lejana es modificada por la presencia de la gravedad de algún objeto masivo, lo que magnifica su brillo y permite su observación.

 

 

Habrá que esperar ahora para ver si en un futuro cercano el logro de observaciones de estos objetos con radios muy pequeños y gran masa confirman las predicciones teóricas sobre la existencia de los misteriosos planetas compactos con materia oscura.

Referencia bibliográfica: Laura Tolos y Jürgen Schaffner-Bielich. «Dark compact planets«. Phys. Rev. D 92, 123002, 8 de diciembre de 2015.

Fuente: Varias fuentes en la web. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Diminutas estrellas de materia oscura podrían albergar partículas que actúan como una sola

En Star Trek, los miembros de la extraña y siniestra raza conocida como los Borg pronuncian esta amenaza: «Usted será asimilado» hablando como una unidad compuesta de muchos seres. Su comportamiento podría verse reflejada en el espacio si la materia oscura existe en una forma en particular; de ser así, se crearían estrellas al estilo Borg, las que cada partícula está en el mismo estado al mismo tiempo

La materia oscura representa el 80 por ciento de la materia en el universo, pero no podemos observarla directamente y sus componentes permanecen en el misterio.

Una teoría es que la materia oscura podría estar formada de partículas llamadas axiones. A diferencia de los protones, neutrones y electrones que componen la materia ordinaria, los axiones pueden compartir el mismo estado de energía cuántica. También se atraen entre sí gravitacionalmente, por lo que se agrupan.

Juntas, esos dos propiedades significan que existirían agrupaciones que se comporten como un condensado de Bose-Einstein (Bose-Einstein Condensate = BEC), un estado de la materia en la que todas las partículas ocupan el mismo estado cuántico, según los cálculos de Chanda Prescod-Weinstein en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y sus colegas.

«Actúan juntas, como un súper átomo», dice Prescod-Weinstein. Pero esas agrupaciones son propensos a fracturarse, añade. «La configuración de los axiones «necesita» establecerse dentro de un BEC gigante.» En cambio, se separan en grupos más pequeños, que el equipo llama estrellas Bose.

Del tamaño de un asteroide

Se habrían formado cuando el universo tenía apenas 47.000 años de edad y deben haber sobrevivido hasta nuestros días, dice ella. Estas estrellas serían totalmente oscuras y relativamente pequeñas, del tamaño del asteroide Ceres, y cerca de 20 veces más densas.

La materia oscura es difícil de estudiar porque no interactúa mucho con la materia ordinaria, pero la materia oscura axiónica, en teoría, podría observarse en forma de estrellas Bose si están orbitando un púlsar. Bajo las condiciones adecuadas, la interacción entre el púlsar y los axiones podrían producir radiación que podemos detectar, dice Prescod-Weinstein.

Esto sería como una versión en la naturaleza y en el espacio del Experimento Materia Oscura Axiónica (Axion Dark Matter Experiment) en la Universidad de Washington en Seattle, que utiliza un gran imán superconductor para buscar axiones.

«Estoy segura de que los experimentadores podrían expresar cierto escepticismo al respecto», dice ella. «Pero yo tiendo a ser optimista y creo que el universo es más extraño de lo que pensamos que es.»

 

 

«Es un gran artículo, y estamos de acuerdo con sus conclusiones», dice Rohana Wijewardhana en la Universidad de Cincinnati, Ohio, cuyo equipo ha realizado cálculos similares.

Wijewardhana añade que si una estrella de Bose se estrellase en la Tierra, podríamos ser capaces de observar sus efectos. No es algo de lo que tenemos que preocuparnos, en todo caso, porque una estrella Bose interactuaría débilmente con la materia, sólo veríamos pequeños efectos gravitacionales, incluso si toda la cosa pasara a través de la Tierra.

Publicación de referencia: Physical Review D, 10.1103 / PhysRevD.92.103513

Fuente: New Scientist. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Los astrónomos dan un paso adelante para resolver el misterio de las ráfagas de radio rápidas

Estudiando más de 650 horas de datos de archivo del Telescopio Green Bank de la Fundación Nacional para la Ciencia, un equipo de astrónomos descubrió el registro más detallado sobre una de estas explosiones. Su investigación indica que se originó dentro de una región altamente magnetizada del espacio, posiblemente, vinculada a una supernova reciente o al interior de una nebulosa de formación estelar activa

Las ráfagas de radio rápidas (FRB por sus siglas en inglés de Radio Fast Burst), breves erupciones brillantes de ondas de radio cósmicas, tienen a los astrónomos desconcertados desde su detección hace una década.

A pesar de que parecen provenir del universo distante, ninguno de estos acontecimientos enigmáticos ha revelado más que pequeños detalles sobre cómo y dónde se formaron, hasta ahora.

Estudiando más de 650 horas de datos de archivo del Telescopio de Green Bank de la Fundación Nacional para la Ciencia de Estados Unidos, un equipo de astrónomos descubrió el registro más detallado sobre una de estas explosiones. Su investigación indica que se originó dentro de una región altamente magnetizada del espacio, posiblemente, vinculada a una supernova reciente o al interior de una nebulosa de formación estelar activa.

Ahora sabemos que la energía de esta FRB pasó a través de una región densa, magnetizada, poco después de su formación. Esto reduce significativamente el entorno de la fuente y el tipo de evento que desencadenó la explosión», dijo Kiyoshi Masui, astrónomo de la Universidad de British Columbia y el Instituto Canadiense para la Investigación Avanzada.

Con una duración de una fracción de segundo pero albergando una cantidad fenomenal de energía, las FRB son destellos breves de radio de origen desconocido que parecen provenir de direcciones al azar en el cielo. Aunque sólo se han documentado anteriormente un puñado, los astrónomos creen que el Universo observable está sacudido por miles de estos eventos cada día.

Los astrónomos encontraron la FRB recientemente identificada, llamada FRB 110523, mediante el uso de software altamente especializado desarrollado por Masui y su colega Jonathan Sievers, de la Universidad de KwaZulu-Natal, en Durban, Sudáfrica.

El registro de datos en un total de 40 terabytes representó un desafío de análisis sustancial, que se hizo aún más difícil debido a que la señal nítida de frecuencia de una FRB se va «ensuciano» en su viaje a través del espacio.

Estas manchas de la señal de radio, conocidas como retardo de dispersión, a menudo se utilizan para calcular la distancia en radioastronomía: cuanto mayor es la dispersión, más lejos está el objeto de la Tierra. En este caso, la medida de dispersión sugiere que la FRB se originó a unos 6.000 millones de años luz de distancia, que es casi la mitad de la edad del univrso, y muy probablemente no más cerca de 100 millones de años luz.

La dispersión, sin embargo, enmascara la presencia de una FRB dentro de los archivos de datos de radio.

El nuevo software disminuyó el tiempo requerido para analizar los datos al contrarrestar los efectos de la dispersión, que restauraron la FRB a su aspecto original. Aplicando el sistema a todo el archivo de datos, se identificaron 6.000 candidatos al FRB, pero solo una se asoció con una FRB.

Esta señal, sin embargo, era excepcional, y contenía más detalles acerca de su polarización que cualquier otra previamente identificada. Antes de esta detección, solamente se había asociado la polarización circular con una FRB. El nuevo estudio incluye una detección tanto de polarización circular como lineal.

«Oculta dentro de un conjunto de datos muy masivo, encontramos una señal muy peculiar, una que hacía juego con todas las características conocidas de una ráfaga de radio rápida, pero con un elemento de polarización adicional tentador que simplemente nunca hemos visto antes«, dijo Jeffrey Peterson, del Centro Carnegie Mellon de Cosmología.

La polarización es una propiedad de la radiación electromagnética, que incluye la luz y las ondas de radio, e indica la orientación de la onda. Las gafas de sol polarizantes utilizan esta propiedad para bloquear una parte de los rayos solares, y las películas 3D la utilizan para lograr la ilusión de profundidad.

Los investigadores utilizaron esta información adicional para determinar que la luz de radio de la FRB exhibió una rotación de Faraday, unas ondas de radio con torsión en forma de sacacorchos, adquiridas al pasar por un campo magnético potente.

 

 

«Esto nos dice algo sobre el campo magnético que la ráfaga recorrió en su camino hacia nosotros, dando una pista sobre el entorno de la explosión», explicó Masui.

Además, las mediciones de la dispersión de retardo se pueden utilizar para colocar un límite inferior en el tamaño de la región de origen. En este caso, la medida excluye modelos para FRB que implican estrellas de nuestra galaxia y, por primera vez, muestra que la fuente debe tener su origen en otra galaxia.

Un análisis más detallado de la señal revela que también pasó a través de dos regiones distintas de gas ionizado, llamadas pantallas, en su camino a la Tierra. Mediante el uso de la interacción entre las dos pantallas, los astrónomos fueron capaces de determinar sus ubicaciones relativas. Los resultados se publican en la revista Nature.

Fuente: Discover Magazine y otros sitios. Aportado por Eduardo J. Carletti

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