¿Qué es la materia oscura? Este es quizás el mayor misterio de la física actual. Imagina el universo como un rompecabezas gigante. Podemos ver las piezas que componen el rompecabezas (estrellas, galaxias y otros objetos) pero hay huecos donde las piezas no encajan. Ahí es donde entra la materia oscura. Es como el pegamento invisible que mantiene unido el universo, llenando los huecos y proporcionando la masa extra necesaria para explicar los movimientos de las piezas visibles.
La materia oscura sigue siendo esquiva porque no interactúa en absoluto con la fuerza electromagnética. Entonces, debido a que no absorbe ni refleja la luz, es completamente invisible. Solo podemos inferir su existencia por la forma en que afecta la materia visible a su alrededor a través de sus efectos gravitatorios. Como una sombra que revela la presencia de un objeto, la materia oscura deja su huella en el universo.
Pero el hecho de que no podamos ver la materia oscura no significa que no sea importante. De hecho, se cree que constituye alrededor del 85% de la masa total del universo. Eso es mucho pegamento invisible que mantiene todo unido. Sin materia oscura, el universo sería un lugar muy diferente.
Hay muchas otras teorías sobre la composición de la materia oscura. Una teoría popular es que la materia oscura está formada por partículas llamadas partículas masivas de interacción débil (WIMP por sus siglas en inglés). Otra teoría es que la materia oscura podría estar formada por partículas ultraligeras llamadas axiones. Estas partículas son incluso más difíciles de detectar que las WIMP, pero también podrían explicar los efectos gravitacionales observados en el universo. Ahora, un equipo internacional de físicos tiene en mente una partícula de materia oscura candidata diferente: los fotones oscuros.
Materia oscura, fotones oscuros
La materia oscura es “oscura” porque no interactúa con la luz de ninguna manera detectable. Pero así como los fotones son los portadores de fuerza de la fuerza electromagnética, los llamados fotones oscuros podrían ser portadores de fuerza conectados a la materia oscura. Se cree que estas partículas hipotéticas son muy similares a los fotones regulares de los que está hecha la luz, con una distinción importante: se supone que tienen masa.
Introducidos por primera vez en 1986 por el físico Bob Holdom, los fotones oscuros, también conocidos como “fotones pesados” o “fotones ocultos”, se supone que son bosones de calibre para la materia oscura. Se espera que los fotones oscuros y los fotones normales se mezclen, de modo que los fotones oscuros puedan convertirse en fotones de baja frecuencia. Si ese es el caso, estos fotones convertidos deberían calentar la red cósmica pero de una manera mucho más eficiente y difusa a través de regiones no densas del espacio intergaláctico, a diferencia de otros mecanismos de calentamiento astrofísicos, como la formación estelar y los vientos galácticos. Según el nuevo estudio, realizado por investigadores de la Escuela Internacional de Estudios Avanzados (SISSA) en Italia, la Universidad de Tel Aviv, la Universidad de Nottingham y la Universidad de Nueva York, este efecto es exactamente lo que vieron en los datos del espectrógrafo de origen cósmico (COS) a bordo del Telescopio Espacial Hubble.
“Por lo general, los filamentos cósmicos se han utilizado para probar las propiedades de la materia oscura a pequeña escala, mientras que en este caso hemos utilizado por primera vez los datos del medio intergaláctico de bajo corrimiento al rojo como calorímetro, para comprobar si todos los procesos de calentamiento que conocemos son suficiente para reproducir los datos. Descubrimos que este no es el caso: falta algo, que modelamos como una contribución producida por el fotón oscuro”, dijo Matteo Viel, profesor de física de astropartículas en la SISSA en Trieste.
Una red cósmica caliente
La red cósmica es una vasta red de cúmulos y filamentos formados por materia oscura y gas que se extiende por todo el universo. A veces se le llama la “tela de araña cósmica” debido a su estructura delicada e intrincada.
Imagina el universo como un tazón gigante de espagueti. Las hebras de espagueti representan la red cósmica, con galaxias y otros objetos que se forman en las intersecciones donde se encuentran las hebras. La materia oscura, que no podemos ver directamente, forma la estructura de la red cósmica y proporciona el pegamento gravitatorio que mantiene todo unido.
La red cósmica es increíblemente grande, con filamentos que se extienden por millones de años luz. Proporciona el marco para la distribución de la materia en el universo y ayuda a dar forma a la forma en que se forman y evolucionan las galaxias.
Los datos del instrumento COS sugieren que estos filamentos intergalácticos cósmicos son significativamente más calientes de lo previsto por el Modelo Estándar. Este exceso de calor puede explicarse por fotones oscuros.
“Dado que los fotones oscuros podrían convertirse en fotones de baja frecuencia y calentar las estructuras cósmicas”, explican los investigadores, “bien podrían explicar la información experimental”.
Por supuesto, esto no prueba que los fotones oscuros compongan la materia oscura o incluso si existen, pero es una hipótesis interesante actualmente respaldada por datos que podrían inspirar a los científicos a profundizar más. Si bien la existencia de fotones oscuros aún es incierta, su posible descubrimiento podría ser un gran avance en nuestra comprensión del universo.
Los hallazgos aparecieron en la revista Physical Review Letters.
Fuente: ZME Science.
