La materia oscura es la clave del rompecabezas cósmico

No sabemos cómo se forman los campos magnéticos. Ahora, una nueva investigación teórica nos dice cómo la parte invisible de nuestro universo podría ayudarnos a detectarla, sugiriendo un origen primordial, incluso a un segundo del universo. la gran explosión.

Pequeños halos de materia oscura esparcidos por todo el universo podrían servir como sondas altamente sensibles de campos magnéticos primordiales. Esto es lo que resultó de un estudio teórico realizado por SISSA y publicado en la revista Cartas de revisión física.

Los campos magnéticos existen en escalas enormes en todo el universo. Sin embargo, sus orígenes siguen siendo un tema de debate entre los estudiosos. Una posibilidad interesante es que los campos magnéticos surgieron cerca del nacimiento del propio universo, es decir, son campos magnéticos primordiales.

En el estudio, los investigadores demostraron que si los campos magnéticos fueran realmente primitivos, podrían causar mayores perturbaciones en la densidad de la materia oscura a pequeña escala. El efecto final de este proceso sería la formación de pequeños halos de materia oscura que, de detectarse, indicarían la naturaleza primordial de los campos magnéticos.

Así, en una aparente paradoja, la parte invisible de nuestro universo puede ser útil para determinar la naturaleza de un componente de la parte visible.

En el estudio, los investigadores demostraron que si los campos magnéticos fueran realmente primitivos, podrían causar mayores perturbaciones en la densidad de la materia oscura a pequeña escala. El efecto final de este proceso sería la formación de pequeños halos de materia oscura que, de detectarse, indicarían la naturaleza primordial de los campos magnéticos. Crédito: Lucy Krastica

Destacando la formación de campos magnéticos.

«Los campos magnéticos existen en todas partes del universo», explica Pranjal Raligankar de SISSA, autor del artículo. «Una posible teoría sobre su formación sugiere que las observadas hasta ahora podrían haberse producido en las primeras etapas de nuestro universo. Sin embargo, esta sugerencia carece de explicación en el Modelo Estándar de la física.

Para arrojar luz sobre este aspecto y encontrar una manera de detectar campos magnéticos “primitivos”, a través de este trabajo proponemos un método que se puede definir como “indirecto”. Nuestro enfoque se basa en la pregunta: ¿Cuál es el efecto de los campos magnéticos sobre la materia oscura? Se sabe que no existe interacción directa. Sin embargo, como explica Raligankar, “hay algo indirecto que sucede a través de la gravedad”.

Directamente desde el universo primitivo

Los campos magnéticos primordiales podrían perturbar aún más las densidades de electrones y protones en el universo primordial. Cuando se vuelven muy grandes, afectan a los propios campos magnéticos. El resultado es la supresión de fluctuaciones de pequeña escala.

«En el estudio mostramos algo inesperado», explica Raligankar. El aumento de la densidad bariónica conduce al crecimiento de perturbaciones de la materia oscura sin posibilidad de cancelación posterior. Esto provocaría su colapso a pequeña escala, produciendo diminutos halos de materia oscura.

El resultado, continúa el autor, es que aunque las fluctuaciones en la densidad de la materia bariónica se cancelan, seguirán dejando rastros a través de pequeños halos, todo ello únicamente a través de interacciones gravitacionales.

«Estos resultados teóricos también indican que la abundancia de pequeños halos no está determinada por la presencia actual de campos magnéticos primordiales, sino por su fuerza en el universo primordial», concluye Pranjal Raligankar. Así, el descubrimiento de pequeños halos de materia oscura reforzaría la hipótesis de que los campos magnéticos se formaron muy temprano, incluso un segundo después del Big Bang.

Referencia: “Micro-halos de materia oscura de campos magnéticos primordiales” por Pranjal Raligankar, 8 de diciembre de 2023, Cartas de revisión física.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.231002