La materia oscura es una sustancia fantasmal que los astrónomos no han podido detectar durante décadas, pero que sabemos que tiene una enorme influencia en la materia normal del universo, como las estrellas y las galaxias. A través de la enorme atracción gravitacional que ejerce sobre las galaxias, las hace girar, les da un empujón adicional a lo largo de sus órbitas o incluso las destroza.

Como un espejo cósmico de carnaval, también desvía la luz de objetos distantes para crear imágenes distorsionadas o múltiples, un proceso que se llama lentes gravitacionales.

Y la investigación reciente sugiere que puede crear aún más dramatismo al producir estrellas que explotan.

A pesar de todos los estragos que causa en las galaxias, no se sabe mucho sobre si la materia oscura puede interactuar consigo misma, salvo a través de la gravedad. Si experimenta otras fuerzas, éstas deben ser muy débiles, de lo contrario habrían sido medidas.

Un posible candidato para una partícula de materia oscura, formada por una clase hipotética de partículas masivas que interactúan débilmente (o WIMP), ha sido estudiado intensamente, hasta ahora sin evidencia observacional.

Recientemente, otros tipos de partículas, que también interactúan débilmente pero son extremadamente ligeras, se han convertido en el centro de atención. Estas partículas, llamadas axiones, fueron primeros propuesto a finales de la década de 1970 a resolver un problema cuántico, pero también pueden cumplir los requisitos para la materia oscura.

A diferencia de los WIMP, que no pueden “pegarse” entre sí para formar objetos pequeños, los axiones sí pueden hacerlo. Debido a que son tan ligeros, una gran cantidad de axiones tendrían que dar cuenta de toda la materia oscura, lo que significa que tendrían que estar apiñados. Pero debido a que son un tipo de partícula subatómica conocida como bosón, no les importa.

De hecho, los cálculos muestran que los axiones podrían estar tan juntos que comiencen a comportarse de manera extraña (actuando colectivamente como una onda) de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, la teoría que gobierna el micromundo de los átomos y las partículas. Este estado se llama Condensado de Bose-Einstein, y puede, inesperadamente, permitir que los axiones formen “estrellas” de los suyos.

Esto sucedería cuando la onda se mueve por sí sola, formando lo que los físicos llaman un “solitón”, que es una masa localizada de energía que puede moverse sin distorsionarse ni dispersarse. Esto se ve a menudo en la Tierra en vórtices y remolinos, o en los anillos de burbujas que los delfines disfrutan bajo el agua.

El nuevo estudio proporciona cálculos que muestran que tales solitones terminarían creciendo en tamaño, convirtiéndose en una estrella similar en tamaño o más grande que una estrella normal. Pero finalmente se vuelven inestables y explotan.

La energía liberada por una de esas explosiones (denominada “bosenova”) rivalizaría con la de una supernova (una estrella normal en explosión). Dado que la materia oscura supera con creces la materia visible en el universo, esto seguramente dejaría una señal en nuestras observaciones del cielo. Todavía tenemos que encontrar tales cicatrices, pero el nuevo estudio nos da algo que buscar.

Una prueba de observación

El investigadores detrás del estudio Digamos que el gas circundante, hecho de materia normal, absorbería esta energía extra de la explosión y emitiría parte de ella. Dado que la mayor parte de este gas está compuesto de hidrógeno, sabemos que esta luz debería estar en frecuencias de radio.

Es emocionante que futuras observaciones con el Matriz de kilómetros cuadrados Es posible que el radiotelescopio pueda captarlo.

Entonces, si bien los fuegos artificiales de las explosiones de estrellas oscuras pueden estar ocultos a nuestra vista, es posible que podamos encontrar sus consecuencias en la materia visible. Lo bueno de esto es que tal descubrimiento nos ayudaría a descubrir de qué está hecha realmente la materia oscura; en este caso, probablemente, axiones.

¿Qué pasa si las observaciones no detectan la señal prevista? Probablemente esto no descarte completamente esta teoría, ya que otras partículas "similares a axiones" todavía son posibles. Sin embargo, un fallo en la detección puede indicar que las masas de estas partículas son muy diferentes o que no se acoplan con la radiación con tanta fuerza como pensábamos.

De hecho, esto ha sucedido antes. Originalmente se pensaba que los axiones se acoplaban con tanta fuerza que serían capaces de enfriar el gas dentro de las estrellas. Pero como los modelos de enfriamiento de estrellas mostraban que las estrellas funcionaban bien sin este mecanismo, la fuerza de acoplamiento de los axiones tenía que ser menor de lo que se suponía originalmente.

Por supuesto, no hay garantía de que la materia oscura esté formada por axiones. Los WIMP siguen siendo contendientes en esta carrera, y hay otros también.

Por cierto, algunos estudios sugieren que la materia oscura similar a WIMP También puede formar "estrellas oscuras". En este caso, las estrellas seguirían siendo normales (hechas de hidrógeno y helio), y la materia oscura simplemente las alimentaría.

Se predice que estas estrellas oscuras impulsadas por WIMP serán supermasivas y vivirán sólo por un corto tiempo en el universo temprano. Pero podrían ser observados por el telescopio espacial James Webb. Un estudio reciente ha afirmado tres de esos descubrimientos, aunque aún no se sabe si ese es realmente el caso.

Sin embargo, el entusiasmo por los axiones va en aumento y hay muchos planes para detectarlos. Por ejemplo, se esperan axiones para convertir en fotones cuando pasan a través de un campo magnético, por lo que las observaciones de fotones con cierta energía tienen como objetivo estrellas con campos magnéticos, como estrellas de neutrones, o incluso el sol.

En el frente teórico, hay esfuerzos para refinar las predicciones de cómo se vería el universo con diferentes tipos de materia oscura. Por ejemplo, los axiones pueden distinguirse de los WIMP. por cierto, doblan la luz a través de lentes gravitacionales.

Con mejores observaciones y teorías, esperamos que pronto se resuelva el misterio de la materia oscura.

Este artículo se republica de La conversación bajo una licencia Creative Commons. Leer el articulo original.

Crédito de la imagen: ESA/Webb, NASA y CSA, A. Martel

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