En caso materia oscura no parecía lo suficientemente misterioso, un nuevo estudio propone que podría haber surgido antes el gran explosión.
El pensamiento convencional dice que el Big Bang fue el comienzo de todo: la materia, la materia oscura, el espacio, la 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 insondable fracción de segundo.
Pero algunas teorías sugieren que este período de inflación en realidad ocurrió antes de lo que llamamos el Big Bang. Y ahora, físicos de la Universidad de Texas (UT) en Austin han propuesto que la materia oscura se formó durante esta breve ventana.
El equipo llama al nuevo modelo inflación cálida mediante congelación o WIFI. Básicamente, las partículas de materia oscura se crearían a partir de pequeñas interacciones entre la radiación y las partículas en un “baño termal” caliente 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 UT Austin.
“En la mayoría de los modelos, cualquier cosa que se crea durante la inflación es luego ‘inflada’ por la expansión exponencial del Universo, hasta el punto en que esencialmente no queda 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 es infinitamente curvado. Pero las leyes conocidas de la física fallan allí por completo, 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 de gran rebote – o podría ser inflación cósmica. Esta fase duró apenas 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 preparado para que el Universo evolucione como lo describe relatividad general.
Los autores del nuevo estudio no son los primeros en sugerir que la inflación cósmica es anterior al Big Bang. Ni siquiera son los primeros en sugerir que surgió la materia oscura durante esta época. Lo nuevo es su mecanismo de producción de estas cosas extrañas, en cantidades que se alinean con las observaciones astronómicas.
Inflación cálida (la ‘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 que permite que se produzcan interacciones pequeñas pero importantes.
Aún se desconoce el motor de la inflación cósmica, pero su sustituto es un campo de partículas hipotéticas llamadas inflaciones, parecido al famoso bosón de Higgs. En el escenario de inflación cálida, este campo de inflación perdería parte de su energía por 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 (existe la ‘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.
Por supuesto, esto no significa que el misterio esté resuelto. Es sólo una hipótesis entre muchas, incluida la de que la materia oscura surgió por sí sola.Big Bang oscuro‘ más adelante.
Por ahora, el modelo WIFI no se puede verificar directamente, pero al menos una parte podría serlo pronto. Próximos estudios de la fondo cósmico de microondascomo CMB-S4podría poner a prueba la idea de una inflación cálida.
“Si las observaciones futuras confirman que la inflación cálida es el paradigma correcto, fortalecería significativamente el argumento a favor de que la materia oscura se produzca como se describe en nuestro marco”. dice El físico de UT Gabriele Montefalcone, coautor del estudio.
La investigación fue publicada en la revista. Cartas de revisión física.