Por si la materia oscura no pareciese lo suficientemente misteriosa, un nuevo estudio propone que podría haber surgido antes del Big Bang. La idea convencional sostiene que el Big Bang fue el comienzo de todo: materia, materia oscura, espacio, energía, todo. Después del evento en sí, el Universo atravesó un período de inflación cósmica, en el que su tamaño aumentó en un factor de 10 septillones en una fracción insondable de segundo.
Pero algunas teorías sugieren que este período de inflación en realidad ocurrió antes de lo que llamamos el Big Bang. Y ahora, los físicos de la Universidad de Texas (UT) en Austin han propuesto que la materia oscura se formó durante este breve período.
El equipo llama al nuevo modelo inflación cálida por congelamiento, o WIFI. Básicamente, las partículas de materia oscura se crearían a partir de pequeñas interacciones entre la radiación y las partículas en un “baño térmico” cálido durante el período de inflación.
“Lo que es exclusivo de nuestro modelo es que la materia oscura se produce con éxito durante la inflación”, dice Katherine Freese, astrofísica teórica de la UT Austin.
“En la mayoría de los modelos, todo lo que se crea durante la inflación se “infla” por la expansión exponencial del Universo, hasta el punto en que no queda prácticamente nada”.
Se cree que antes del Big Bang, la totalidad del Universo existía en una singularidad, un punto de densidad infinita donde el espacio-tiempo está infinitamente curvado. Pero las leyes conocidas de la física se rompen por completo allí, por lo que algunos físicos proponen que una época diferente precedió al Big Bang, en lugar de una singularidad.
Esto podría ser el colapso de un universo anterior, como en el modelo del Big Bounce, o podría ser inflación cósmica. Esta fase duró solo unas millonésimas de segundo, y la energía se transfirió a la materia y la luz para convertirse en lo que llamamos el Big Bang.
A partir de ahí, el escenario está listo para que el Universo evolucione como lo describe la relatividad general. Los autores del nuevo estudio no son los primeros en sugerir que la inflación cósmica precedió al Big Bang. Ni siquiera son los primeros en sugerir que la materia oscura surgió durante esta época. Lo que es nuevo es el mecanismo que utilizan para producir esta materia extraña, en cantidades que coinciden con las observaciones astronómicas.
La inflación cálida (el “WI” en el nuevo modelo WIFI) es una idea existente que sugiere que la radiación se produce mientras se produce la expansión exponencial. Esto crea una especie de baño termal, lo que permite que se produzcan interacciones pequeñas pero importantes.
El motor de la inflación cósmica aún se desconoce, pero el sustituto es un campo de partículas hipotéticas llamadas inflatones, similares al famoso bosón de Higgs. En el escenario de inflación cálida, este campo de inflatones perdería parte de su energía a causa de la radiación en el baño termal.
A partir de ahí, la radiación produce partículas de materia oscura a través de un proceso llamado congelación UV (ahí está el “FI” en WIFI). Esencialmente, la materia oscura nunca alcanza el equilibrio con el baño, y la temperatura de ese baño se mantiene por debajo de un cierto umbral. Según los cálculos del equipo, este mecanismo produce suficiente materia oscura para explicar la cantidad que las observaciones astronómicas nos dicen que hay ahí fuera.
Esto no significa que el misterio esté resuelto, por supuesto. Se trata de una de las muchas hipótesis, incluida la de que la materia oscura surgió en su propio “Big Bang oscuro” más adelante.
Por ahora, el modelo WIFI no se puede verificar directamente, pero al menos una parte de él podría verificarse pronto. Los próximos estudios del fondo cósmico de microondas, como el CMB-S4, podrían poner a prueba la idea de la inflación cálida.
“Si las observaciones futuras confirman que la inflación cálida es el paradigma correcto, reforzaría significativamente la hipótesis de que la materia oscura se produjo como se describe en nuestro marco”, dice el físico de la UT Gabriele Montefalcone, coautor del estudio.
La investigación se publicó en la revista Physical Review Letters.
Fuente: Science Alert.
