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Las partículas exóticas del origen de la materia oscura

Karina Maldonado Portillo
3/dic/2012

Uno de los grandes retos de la astrofísica moderna es la llamada materia oscura y el origen de las galaxias, procesos en los que podrían estar involucradas partículas elementales aún desconocidas, dijo el investigador Vladimir Ávila-Reese, del Instituto de Astronomía de la UNAM, en su visita al IFUNAM el 27 de septiembre.

En su conferencia "Restricciones a la existencia de partículas elementales más allá del Modelo Estándar usando telescopios", como parte del Coloquio del Instituto de Física, Ávila-Reese explicó que la existencia de estas partículas es fundamental para responder a la pregunta de cómo se distribuyen las galaxias en el universo.

Las actuales teorías, explicó Vladimir Ávila, afirman que las galaxias son como esponjas porque entre los conglomerados de materia estelar existen huecos que podrían estar llenos de esa materia oscura. De hecho, se calcula que ésta es cinco veces mayor a la materia visible, de la que están formados los planetas, las estrellas y demás objetos celestes.


Científicos apuntan que más del 90% de lo que existe en el universo es invisible para nuestros ojos.

Pero ¿cómo se sabe de la existencia de la materia oscura si no se puede ver? Debido a la acción que la fuerza de gravedad ejerce sobre el brillo que emiten las estrellas. Esto puede identificar a través de las llamadas lentes gravitacionales, un efecto en que los cúmulos de galaxias actúan como lentes que distorsionan la luz emitida por las galaxias de fondo, por lo tanto la luz muestra una curvatura de la luz a causa de los efectos gravitacionales. En esencia, las lentes gravitacionales ocasionan la curvatura de los rayos de la luz, debido a ello los objetos parecen estar en un lugar diferente y se magnifican.


Video del Instituto Max Planck que muestra cómo es el desarrollo de las lentes gravitacionales.

Ávila-Reese explica que esta materia oscura podría estar constituida por “partículas elementales exóticas” que no tienen la finalidad de formar núcleos, ni átomos ni tampoco interactúan electromagnéticamente.

La materia oscura tiene muchos candidatos de partículas que podrían descifrar su constitución; de acuerdo a la masa del tipo de partícula será el tipo de materia oscura, la cual puede ser fría, tibia y caliente.

En el caso de la materia oscura caliente, las partículas que la constituirían serían relativistas, es decir, que alcanzan velocidades similares a las de la luz; los neutrinos son partículas que se consideran materia oscura caliente y hasta el momento, son los únicos que se han detectado. Mientras que la materia oscura tibia se compone de partículas más rápidas y más pequeñas.

Sin embargo, de acuerdo con el también astrónomo, las partículas que están relacionadas con la formación de halos oscuros y galaxias son denominadas Materia Oscura Fría (MOF) caracterizadas por ser muy pesadas, de larga vida, frías y que no colisionan; es decir que tienen una vida similar a la edad actual del universo, es fría porque se agrupan a causa de la gravedad y no colisionan porque la zona eficaz para haber colisiones es muy pequeña.

Las galaxias se forman por “halos oscuros” que atraen el gas de la materia visible (también llamada bariónica), la cual se acumula y forma lo que será el centro de la galaxia. Luego se forma un disco que se mantiene en rotación. En ese cúmulo se alcanzan enormes temperaturas que facilitan la creación de estrellas.

Sin embargo, para Ávila-Reese “las cosas no son tan triviales, pues esto no quiere decir que de los halos oscuros inmediatamente se creen las galaxias, sino que es en ese intervalo en el que se lleva a cabo toda la astrofísica que se necesita para la creación de materia estelar”.

“La formación de las galaxias implica física mucho más compleja que sólo la gravitación, también considera la hidrodinámica del gas que se enfría y que cae en los centros de las galaxias, los procesos de formación de estrellas, la formación de hoyos negros supermasivos. Todo esto se estudia para saber cómo pasamos del Universo homogéneo al Universo grumoso”, dijo el investigador.

El trabajo de muchos astrónomos, físicos y matemáticos es encontrar evidencia de esas partículas exóticas, para poder estar seguros de que la materia oscura existe realmente.

El Gran Colisionador de Hadrones, que hace unos meses reveló la existencia de una partícula con características similares al bosón de Higgs, también tiene entre sus objetivos justamente detectar otras partículas aún hipotéticas, como el neutralino, que podrían constituir a la MOF.

“El entender y demostrar qué es la materia oscura en las galaxias, y el universo en general, es uno de los principales retos de la ciencia actual”, afirma Vladimir Ávila en su texto La Historia del Universo, en el que aborda distintos aspectos del Universo como la Teoría de la Gran Explosión y la creación de galaxias y estrellas.


La imagen muestra cómo una galaxia está envuelta en un halo de materia oscura. Fuente: Scienceblogs.com.