La materia oscura puede esconder un secreto aún más oscuro

Es imposible obtener imágenes con un telescopio y, lejos de comprenderse completamente, la materia oscura está, sin embargo, en todas partes.

Los misterios más profundos de la materia oscura se relacionan con su naturaleza y comportamiento. La idea predominante sobre la materia oscura es la teoría de la materia oscura fría (CDM), que postula que la materia oscura está formada por partículas de baja velocidad que no interactúan entre sí. Este pensamiento ha sido discutido y está nuevamente sujeto a debate. Dirigido por el astrofísico Hai Bo Yu, un equipo de investigadores de la Universidad de California, California, ha ideado una idea alternativa que explica los extremos en los que la materia oscura fría no funciona tan bien.

Se cree que las galaxias y los cúmulos de galaxias están rodeados por halos de materia oscura. En un extremo del debate están los halos galácticos de materia oscura que son demasiado densos para ser compatibles con el MDL, y en el otro extremo están los halos galácticos de materia oscura que son demasiado difusos para que el MDL los entienda. Yu y sus colegas, en cambio, sugieren que alguna fuerza oscura (lo siento, fanáticos de Star Wars, no) el fuerza) hace que las partículas de materia oscura choquen entre sí. Esta es la materia oscura que interactúa consigo misma (SIDM).

La idea de partículas invisibles interactuando, ya sea empujándose entre sí y hacia afuera en una corona difusa, o más juntas y hacia adentro en una corona densa, puede ser lo que hemos estado buscando en la oscuridad. Pero primero, ¿por qué se piensa abrumadoramente que la materia oscura es fría?

Perdido en la oscuridad

La materia oscura es «oscura» porque sus interacciones con la materia visible y la radiación electromagnética son débiles o inexistentes. Ninguna luz puede iluminarlo porque es incapaz de realizar interacciones significativas con ningún tipo de radiación electromagnética. La razón por la que la materia oscura se describe como “fría”, al menos según la teoría de la materia oscura fría, es que se cree que las partículas lentas se mueven mucho más lentamente que la velocidad de la luz.

El CDM sigue siendo el modelo estándar para la materia oscura porque sirve para construir y mantener estructuras cósmicas como las galaxias. Si la materia oscura fuera fría, podría acumularse y agregarse más fácilmente que si viajara a través del vacío del espacio, lo que sería el caso si toda la materia oscura fuera “caliente” o estuviera formada por partículas más ligeras que se movieran a altas velocidades. Las partículas calientes de materia oscura serían demasiado rápidas para formar estructuras durante períodos prolongados y podrían aplanar cualquier estructura existente con la que colisionen. La materia oscura cálida se encuentra en algún punto entre frío y calor.

Se desconoce cuántos tipos de materia oscura existen. Algunos científicos insisten en que toda la materia oscura es fría, mientras que otros sostienen que existe más de un tipo.

Aunque el MDL no dice que esta materia invisible esté completamente inmóvil, no permite que muchas partículas de materia oscura choquen. Aquí es donde entra en juego SIDM.

Arroja más luz

Si bien la materia oscura caliente y cálida estaba fuera del alcance de su estudio, Yu y su equipo probaron si SIDM podía explicar un aspecto de la materia oscura fría que realmente no funciona: le cuesta explicar halos de materia oscura muy densos y muy difusos.

«En el [diffuse scenario]Las interacciones transfieren calor desde las regiones exteriores a las interiores de la corona, reduciendo la densidad central; En el [dense scenario]»La dirección del flujo de calor se invierte y la corona interior se vuelve más densa que su contraparte MDL», dijeron en un comunicado. Estancia Fue publicado recientemente en The Astrophysical Journal Letters.

Galaxias ultradifusivas Las UDG son galaxias enanas particularmente oscuras porque sus estrellas están muy separadas unas de otras. El gas de formación estelar está demasiado disperso como para producir muchas estrellas nuevas. El halo de materia oscura de una galaxia ultradifusa llega mucho más lejos que el de una galaxia enana normal, lo que no debería suceder con las partículas que no colisionan propuestas por el CDM: las partículas que no interactúan estarían más juntas y producirían una galaxia más densa. Halo con alcance más corto. SIDM permite que las partículas colisionen y transfieran calor, y la expansión resultante de la materia oscura podría explicar por qué estos halos son tan comunes.

El segundo escenario se ocupa de los halos de materia oscura que son tan densos que afectan las lentes gravitacionales. Estos densos halos contienen suficiente materia oscura para doblar el espacio-tiempo de modo que la luz que viaja a través de esa región del espacio también se doble. Debido a estas perturbaciones, el objeto detrás de la galaxia lenticular se magnifica, aunque a menudo de manera algo distorsionada. SIDM también admite concentraciones de materia oscura suficientes para afectar las lentes gravitacionales, porque las partículas en colisión deberían poder apuntar tanto hacia adentro como hacia afuera. Las partículas que chocan entre sí aumentan la densidad de la corona y un enjambre de ellas puede formar una enorme burbuja de materia oscura que produce lentes gravitacionales.

Todavía estamos a oscuras sobre la materia oscura en muchos sentidos. Hasta que haya una manera de detectarlos directamente, tendremos que confiar en el trabajo teórico para ver si ideas como SIDM pueden ser de alguna utilidad. Quizás algún día tengamos un método de detección directa que finalmente arroje luz sobre los secretos de la materia oscura.

The Astrophysical Journal Letters, 2023. DOI: 10.3847/2041-8213/ad0e09