Una supercomputadora obtiene un perfil de la materia oscura
3/11/2016 de DESY / Nature
Este conjunto de imágenes muestra la distribución de la materia oscura, obtenida con una simulación por computadora, a redshift z~2, o cuando el Universo solo tenia 3 mil millones de años de edad. El panel izquierdo muestra la distribución continua de las partículas de materia oscura. El central es una vista simplificada de la compleja estructura de la materia oscura según el llamado modelo de halo. El panel derecho resalta los halos de materia oscura (en amarillo) que representan los lugares cósmicos más eficientes para la formación de las galaxias. Crédito: The Virgo Consortium/Alexandre Amblard/ESA.
En la búsqueda de la misteriosa materia oscura, los físicos han utilizado complicados cálculos por computadora para obtener un perfil de las partículas de esta clase desconocida de materia. Para conseguirlo, los científicos han calculado una extensión del exitoso modelo estándar de la física de partículas, lo que les ha permitido, entre otras cosas, predecir la masa de los llamados axiones, candidatos prometedores a ser la materia oscura.
“La materia oscura es una forma invisible de materia que hasta ahora solo se ha revelado por sus efectos gravitatorios. De qué está hecha sigue siendo un completo misterio”, explica el coautor del estudio, el Dr. Andreas Ringwald. La prueba de la existencia de esta forma de materia procede, entre otros, de la observación de las galaxias, que giran demasiado rápido para mantenerse unidas solo por la atracción gravitatoria de la materia visible. Medidas de alta precisión tomadas con el satélite europeo Planck demuestran que casi el 85 por ciento de la masa total del Universo consiste en materia oscura. Todas las estrellas, planetas, nebulosas y otros objetos del espacio que están hechos de materia convencional no suman más del 15 por ciento de la materia del Universo.
La forma de materia desconocida puede consistir de pocas partículas pero muy pesadas, o de un gran número de partículas ligeras. Una serie de consideraciones físicas hacen que unas partículas extremadamente ligeras, llamadas axiones, sean candidatas muy prometedoras. La existencia de los axiones es predicha por una extensión de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría cuántica que gobierna la interacción fuerte, responsable de la fuerza nuclear.
Los resultados demuestran, entre otras cosas, que si los axiones constituyen la mayor parte de la materia oscura, deberían de tener una masa entre los 50 y los 1500 micro electronvolts, es decir, ser hasta diez mil millones de veces más ligeros que los electrones. Esto exigiría que cada centímetro cúbico del Universo contenga en promedio diez millones de dichas partículas ultraligeras. Pero la materia oscura no está distribuida uniformemente en el Universo, sino que forma concentraciones y ramificaciones en una red que se parece a una tela de araña. Debido a esto, nuestra región local de la Vía Láctea debería de contener cerca de un billón de axiones por centímetro cúbico.
