La materia oscura es una forma no visible de materia que hasta ahora
solo se ha puesto de manifiesto a través de sus efectos gravitatorios.
En qué consiste sigue siendo un total misterio.
La naturaleza filamentosa, en forma de
“red cósmica”, de la materia oscura en un volumen dado del universo,
según una simulación. En esta imagen, el universo solo tiene 3.500
millones de años. Los puntos más brillantes indican regiones más densas.
El volumen representado es de 81,5 millones de años-luz por lado. Los
nudos densos indican regiones muy densas donde se forman las galaxias y
estas constituyen cúmulos. (Imagen: Maureen Teyssier, Rutgers
University; Andrew Pontzen, University College London)
Buscando la enigmática materia oscura, unos físicos han usado
elaborados cálculos de ordenador para obtener un esbozo de las
partículas que deben constituir esta forma desconocida de materia. Para
hacer esto, los científicos extendieron el exitoso Modelo Estándar de la
física de partículas, que les permitió, entre otras cosas, predecir la
masa de unas partículas hipotéticas llamadas axiones, candidatas
prometedoras para la identidad de la materia oscura. El equipo
germano-húngaro de investigadores, incluyendo a Andreas Ringwald del
DESY (Sincrotrón Alemán de Electrones), a J. Redondo de la Universidad
de Zaragoza en España, y a Zoltán Fodor de la Universidad Eötvös en
Budapest (Hungría) y del Centro de Investigación de Jülich en Alemania,
llevó a cabo sus cálculos en la supercomputadora de este último centro,
JUQUEEN.
Las pruebas sobre la existencia de esta forma de materia proceden,
entre otras cosas, de la observación astrofísica de galaxias, que giran
demasiado rápido sobre sí mismas como para mantenerse cohesionadas
mediante tan solo el tirón gravitatorio de la materia visible.
Mediciones de alta resolución usando el satélite europeo Planck muestran
que casi el 85 por ciento de toda la masa del universo consiste en
materia oscura. Todas las estrellas, planetas, nebulosas y otros objetos
en el cosmos que están hechos de materia convencional constituyen no
más del 15 por ciento de la masa del universo.
El adjetivo “oscuro” no significa simplemente que esa materia no
emita luz visible. Tampoco parece emitir radiación electromagnética en
ninguna otra longitud de onda, y su interacción con los fotones debe ser
realmente muy débil. Durante décadas, los físicos han estado buscando
partículas de este tipo de materia. Lo que está claro es que estas
partículas son ajenas al Modelo Estándar de la física de partículas, al
menos en su formulación actual, y si bien ese modelo ha demostrado ser
muy exacto, actualmente solo describe esa porción convencional que
representa el 15 por ciento de toda la materia en el cosmos. De las
ampliaciones teóricamente posibles del Modelo Estándar, los físicos no
solo esperan un conocimiento más profundo del universo, sino también
pistas concretas sobre en qué intervalo de energías es más aconsejable
buscar candidatos para la materia oscura.
Esa desconocida forma de materia puede consistir en partículas
relativamente poco abundantes pero muy pesadas, o en una gran cantidad
de ligeras. Las búsquedas directas de candidatos pesados de materia
oscura, usando grandes detectores en laboratorios subterráneos, y la
búsqueda indirecta de ellos usando grandes aceleradores de partículas,
siguen todavía en marcha, pero no han revelado hasta la fecha ninguna
partícula de la materia oscura. Una serie de consideraciones físicas
hacen de unas hipotéticas partículas extremadamente ligeras, llamadas
axiones, candidatos muy prometedores. Utilizando unas ingeniosas
instalaciones experimentales, podría ser incluso posible obtener pruebas
directas de ellas.
Sin embargo, para hallar este tipo de evidencias sería extremadamente
útil conocer qué valores de masa estamos buscando. De lo contrario, la
búsqueda podría llevar décadas, dado que el intervalo de masas que
habría que rastrear es demasiado grande.
Aquí entra en escena la supercomputadora JUQUEEN. Sus nuevos cálculos
muestran, entre otras cosas, que si los axiones conforman la mayor
parte de la materia oscura, deberían tener una masa de entre 50 a 1.500
microelectronvoltios, expresada en las unidades habituales de la física
de partículas, y por tanto ser hasta 10.000 millones de veces más
ligeras que los electrones. Esto obligaría a que cada centímetro cúbico
del universo contuviera una media de 10 millones de tales partículas
ultraligeras. La materia oscura no está sin embargo distribuida de
manera uniforme en el universo, sino que forma aglomeraciones y brazos
de una red con aspecto de telaraña. Debido a ello, nuestra región local
de la Vía Láctea debería contener alrededor de un billón de axiones por
centímetro cúbico.
Los nuevos cálculos obtenidos gracias a la citada supercomputadora
proporcionan ahora a los físicos un intervalo concreto en el que buscar
axiones con las mayores probabilidades de éxito.
NCYT
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