La materia oscura es notoriamente antisocial, se niega a interactuar con la luz y la materia “normal”, lo que la hace prácticamente invisible. Pero de lo que los científicos no están seguros es de si la materia oscura interactúa consigo misma.
Si cualesquiera que sean las partículas que componen materia oscura hacer autointeractuar Al colisionar y posiblemente incluso aniquilarse entre sí, sugiere una nueva investigación. cúmulos de galaxias Podrían utilizarse como colisionadores naturales de materia oscura. Este método de detección de materia oscura dependería de que dos de estas vastas agrupaciones de galaxias se encontraran y chocaran entre sí.
Como estos cúmulos de galaxias están repletos de materia oscuraLos astrónomos podrían examinar estos sitios de choque cósmico para detectar posibles signos de materia oscura interactuando consigo misma.
Si bien una pista de este tipo no nos diría exactamente qué partículas componen la materia oscura, ayudaría a eliminar los modelos de materia oscura que no permiten la autointeracción, acercando a los investigadores a la verdadera Candidato a materia oscura.
“Los cúmulos de galaxias también están dominados por materia oscura”, dijo Jacqueline McCleary, profesora adjunta de física en la Universidad Northeastern. dijo en un comunicado“Entre el 80 y el 90 por ciento de su masa es materia oscura, y cuanto más masivo es un objeto, más rápido se moverán las partículas de materia oscura que lo componen. Básicamente, estamos estudiando colisiones de muy alta energía”.
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¿Son las partículas de materia oscura “fantasmas cósmicos” antisociales?
La falta de interacciones es una de las cosas que hace que la materia oscura sea tan difícil de entender. A pesar de componer más del 80% del universo material y proporcionar la influencia gravitacional que literalmente impide que las galaxias se separen, la materia oscura es prácticamente invisible porque no interactúa con la luz. Del mismo modo, las partículas de materia oscura se deslizan a través de las partículas de materia como fantasmas cósmicos.
Estas propiedades antisociales han llevado a los científicos a darse cuenta de que la materia oscura no puede estar formada por átomos compuestos de electrones, protonesy neutronescual hacer interactúan con la luz y entre sí. Esto ha dado pie a la búsqueda de una candidata viable a partícula de materia oscura.
“Todo en el universo es una partícula, una onda y un campo, por lo que la línea de base… [assumption] “La materia oscura debe ser una partícula”, dijo McCleary. “La pregunta es qué tipo de partícula es, ya que ‘partícula’ es muy vaga”.
Las partículas candidatas van desde hipotéticas “partículas masivas que interactúan débilmente” o “Debiluchos” a “Objetos Halo masivos y compactos” o “MACHOs” (los vemos, científicos), a partículas diminutas, casi sin masa, llamadas axiones o neutrinos estérilesIncluso los pequeños agujeros negros que quedaron de la Big Bang llamado agujeros negros primordialeshan sido señalados como candidatos a materia oscura.
El problema es que todos estos sospechosos han desafiado la detección y, por lo tanto, siguen siendo frustrantemente hipotéticos.
La naturaleza fantasmal de la materia oscura significa que no podemos simplemente cargar partículas de materia oscura en un acelerador de partículas en la Tierra, como el Gran Colisionador de Hadrones
(LHC), para unirlos y determinar su composición.
Así, mientras el LHC ha descifrado algunos de los secretos de la llamada “modelo estándar de física de partículas“Al descomponer los protones y observar la lluvia de partículas que se produce, la materia oscura, que se encuentra más allá de ese modelo, parece estar descartada para el acelerador de partículas más potente del mundo.
La única manera en que podemos inferir realmente la presencia de materia oscura es a través de la única interacción en la que parece participar. La materia oscura tiene masa y, por lo tanto, deforma el espacio-tiempo (una unificación de cuatro dimensiones del tiempo y el espacio), lo que le da una influencia gravitatoria.
Esa influencia puede indicar a la materia y a la luz cotidianas cómo moverse, y podemos detectarlo. Es a través de este enfoque indirecto que sabemos que las galaxias están rodeadas de vastos halos de materia oscuray que la materia oscura también existe en grandes cantidades cerca de los núcleos de las galaxias.
Los científicos también teorizan que cuando las galaxias se agrupan en grandes cúmulos, esto es el resultado de enormes tentáculos de materia oscura invisible que se extienden a través del universo como la red invisible tejida por una araña cósmica. red cósmica También ayuda a las galaxias individuales a reunir masa y crecer, ya que su influencia gravitacional atrae materia ordinaria.
McCleary y sus colegas sugirieron que se prescindiera de un acelerador de partículas creado por el hombre y se utilizara uno natural. Su razonamiento es que si los cúmulos de galaxias y la materia oscura que transportan chocan con suficiente fuerza, pueden producirse interacciones detectables de materia oscura, si es que la materia oscura interactúa consigo misma.
Estas interacciones podrían ser tan simples como partículas de materia oscura que chocan y rebotan entre sí, o podrían resultar en una aniquilación mutua y un destello de energía. Cuando partículas y antipartículas (por ejemplo, un electrón y su antipartícula, llamada positrón — se encuentran, se destruyen entre sí y se libera la energía que contienen. Algunos modelos de materia oscura sugieren que es su propia antipartícula, lo que significa que una forma de interacción podría ser la autoaniquilación causada cuando dos partículas de materia oscura se encuentran.
Para probar esta idea, el equipo creó simulaciones de colisiones de cúmulos de galaxias en computadoras lo suficientemente potentes como para examinar las colisiones hasta las interacciones entre partículas. Esto requirió programar la simulación con modelos físicos de interacciones entre estrellas, gas y materia oscura.
Al utilizar esta simulación y otras similares, los científicos podrían construir una hoja de ruta para observar fenómenos reales. colisiones de materia oscuraA partir de ahí, los investigadores podrían reunir pistas que les ayuden a determinar algunas de las características básicas que debería poseer una hipotética partícula de materia oscura, lo que podría reducir el número de sospechosos de ser materia oscura.
“Si se puede medir alguna autointeracción, o si se puede establecer algún límite superior, se descartan o se aceptan clases de partículas que podrían ser materia oscura”, dijo McCleary. “Si se mide alguna autointeracción, se introduce otra clase de partículas. Se permite otra clase de teorías.
“Lo que este artículo también dice es que si estudias un conjunto de, digamos, 100 cúmulos de galaxias que se están fusionando, tienes la posibilidad de medir la autointeracción de la materia oscura hasta cierto umbral”.
“Al principio parece contradictorio, porque siempre queremos una respuesta positiva: ¿qué es?”, concluyó McCleary. “Pero en este caso, nos vemos obligados a decir: ¿qué no es? Es un proceso de eliminación”.
La investigación del equipo fue publicada en abril en la revista Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society.