La misteriosa materia oscura que constituye la mayor parte de la materia en el universo puede comportarse más como fluidos ondulados que como partículas sólidas, ayudando a explicar las formas de las galaxias, sugiere un nuevo estudio.
La materia oscura es uno de los mayores misterios del cosmos. Se cree que es una sustancia invisible y mayormente intangible que constituye cinco sextos de toda la materia en el universo.
El consenso científico es que la materia oscura está compuesta por un nuevo tipo de partícula, una que interactúa muy débilmente con todas las fuerzas conocidas del universo y que en su mayoría sólo es detectable a través de la atracción gravitacional que ejerce. Sin embargo, aún se desconoce qué clase de partícula consiste en materia oscura.
Hay dos tipos conocidos de partículas en el universo, los fermiones y los bosones. Los fermiones incluyen partículas tales como protones, neutrones y electrones, mientras que los bosones incluyen partículas tales como los fotones que forman la luz.
El enfoque para la materia oscura ha sido el uso de fermiones
El enfoque principal para la materia oscura ha sido el uso masivo de fermiones, dijo el coautor del estudio Tom Broadhurst, cosmólogo de la Universidad del País Vasco en España. Sin embargo, hasta ahora estos candidatos al fermión para la materia oscura no han sido generados por el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más poderoso de la Tierra, ni tampoco han sido confirmados por el experimento del Gran Xenón Subterráneo (LUX), el detector de materia oscura más sensible jamás construido.
Como resultado, algunos investigadores han sugerido que la materia oscura podría no estar hecha de fermiones pesados de masa extremadamente alta, sino de bosones ligeros de masa baja.
La diferencia entre fermiones y bosones es que un fermión no puede ocupar el mismo estado al mismo tiempo que otro fermión. Como una analogía, un estado es como un asiento, y dos o más fermiones no pueden sentarse en el mismo asiento simultáneamente. En contraste, dos o más bosones pueden ocupar el mismo estado al mismo tiempo, y por lo tanto pueden agruparse en los llamados condensados de Bose-Einstein que actúan como blobs individuales.
Ahora, Broadhurst y sus colegas han simulado por primera vez cómo serían las galaxias si la materia oscura estuviera hecha de bosones de luz. Dijeron que sus modelos reflejan con mayor precisión el aspecto real de las galaxias que los modelos convencionales donde la materia oscura está hecha de fermiones.
Los investigadores investigaron galaxias esferoidales enanas, la clase más pequeña y común de galaxias, que tienen centros con masas iguales a unos 10 millones de soles. Las propiedades básicas de las galaxias esferoidales enanas son muy difíciles de explicar con simulaciones en las que la materia oscura está hecha de fermiones pesados; estos modelos sugieren que galaxias mucho más pequeñas deberían existir que lo que los astrónomos ven, y que la materia oscura en las galaxias esferoidales enanas debería estar mucho menos suavemente distribuida de lo que se observa.
Simularon la forma de la atracción gravitacional de la materia oscura
Broadhurst y sus colegas simularon la forma en que la atracción gravitacional de la materia oscura que condensa Bose-Einstein influye en la evolución de las galaxias. Encontraron que estas manchas simuladas de materia oscura condujeron a galaxias que coincidían mejor con las que ven los astrónomos.
Los científicos encontraron que estos condensados de materia oscura de Bose-Einstein están llenos de ondas. Se esperan ondas estables conocidas como ondas de solitón en medio de las galaxias,”rodeadas por extensos halos grumosos de materia oscura compuestos por fluctuaciones gigantescas de densidad cuántica que fluctúan con el tiempo”, dijo Broadhurst. Este comportamiento puede ayudar a explicar tanto el tamaño de las galaxias esferoidales enanas vistas como por qué la materia oscura se distribuye relativamente suavemente dentro de ellas.
Otra consecuencia de la materia oscura que condensa Bose-Einstein es que la formación de galaxias debería haber comenzado unos 330 millones de años después del Big Bang. Esto se retrasa sustancialmente en comparación con los modelos que prevén que la materia oscura está hecha de fermiones.
