La materia oscura desde sus orígenes
La materia oscura, una misteriosa sustancia especial que no se ha podido detectar, pero que teóricamente constituye más del 80% del Cosmos, siendo un componente esencial para que las galaxias puedan existir. Se estima que todas y en especial las galaxias en espiral como lo es la Vía Láctea, poseen una importante dosis de materia oscura en sí mismas y eso hasta el momento es indudable en la astronomía.
La materia oscura no puede ser vista, nadie lo ha hecho ni se ha asegurado como es, sin embargo, según las teorías científicas es la única explicación a los movimientos de los astros y de sus galaxias
En los últimos años se ha vivido una revolución investigativa respecto al descubrimiento de que la inmensa cantidad de objetos estelares tan solo contribuyen al 4% del total del material en el Cosmos, mientras que el 96% restante es de naturaleza aún desconocida, ha cambiado completamente nuestro paradigma sobre lo que pensamos es el Universo, su evolución y desarrollo.
Este 96% de materia exótica se compone de un 70-80% de materia gravitacionalmente repulsiva denominada energía oscura. En los últimos años una gran cantidad de científicos se han concentrado en analizar docenas de hipótesis sobre la posible naturaleza y origen de estas componentes tan extrañas, sin embargo, con resultados no del todo satisfactorios, el misterio hasta ahora permanece.
Es por ello por lo que la materia oscura, es uno de los misterios más difíciles de alcanzar de la física moderna. El querer sabe qué es exactamente y cómo llegó a ser un misterio, es una incógnita generado por mucho tiempo, sin embargo, un nuevo estudio de la Universidad Johns Hopkins sugiere ahora que la materia oscura puede haber existido antes del Big Bang, dirigido por Tommi Tenkanen, quien es becario postdoctoral en Física y Astronomía de la Universidad Johns Hopkins y autor del presente estudio.
“Si la materia oscura fuera realmente un remanente del Big Bang, entonces en muchos casos la investigación ya debería haber visto una señal directa de materia oscura en diferentes experimentos en física de partículas” menciona Tenkanen.
Estudios e investigaciones respecto a la materia oscura y sus posibles candidatos son los principales objetivos para tratar a lo largo de décadas. La materia oscura fue propuesta por primera vez en la década de los 30s como un componente especulativo del Universo, hoy en día ya es considerada como un ingrediente vital para el Cosmos: seis veces más abundante que la materia ordinaria, una cuarta parte de la densidad total y el componente principal para la formación de estructura en el Universo.
Durante más de 70 años han existido numerosos intentos por descubrir su composición, sin embargo, a pesar de que hasta ahora no se ha determinado completamente su naturaleza, se asume que está constituida por partículas subatómicas que interactúan débilmente. De esta manera la dinámica de estructuras a gran escala es consistente con las observaciones actuales.
Pero ¿De qué está hecha la materia oscura?, con el paso de los años se han extendido las observaciones del Cosmos y son cada vez más precisas las que muestran la existencia de la materia oscura. Ésta no solo se agrupa con la materia estelar formando halos galácticos, sino que también existe como densidad de fondo en el Universo entero. Además, el problema no sólo es explicar las curvas de rotación, sino también descifrar las características naturales de este tipo de materia.
El estudio, publicado recientemente en Physical Review Letter, presenta una nueva idea de cómo nació la materia oscura y cómo se identificaría con las observaciones astronómicas.
“El estudio reveló una nueva conexión entre la física de partículas y la astronomía. Si la materia oscura consiste en nuevas partículas que nacieron antes del Big Bang, afectan a la forma en que las galaxias se distribuyen en el cielo de manera única. Esta conexión también se puede utilizar para revelar su identidad y sacar conclusiones sobre los tiempos anteriores al Big Bang”, hace énfasis Tenkanen.
Al carecer de información sobre sus orígenes, ha sido un motor de impulso para los astrónomos que han demostrado que la materia oscura desempeña un papel crucial en la formación de galaxias y cúmulos de galaxias. Aunque no es directamente observable, los científicos saben que la materia oscura existe por sus efectos gravitatorios sobre cómo la materia visible se mueve y se distribuye en el espacio.
Con el paso del tiempo y distintas investigaciones respecto al tema, los investigadores creyeron que la materia oscura debe ser una sustancia sobrante del Big Bang. Los investigadores han buscado durante mucho tiempo este tipo de materia oscura, pero hasta ahora todas las búsquedas experimentales no han tenido éxito.
Utilizando un método matemático simple, el estudio dirigido por Tenkanen muestra que la materia oscura puede haberse producido antes del Big Bang durante una era conocida como la inflación cósmica cuando el espacio se expandió muy rápidamente. Se cree que la rápida expansión conduce a una copiosa producción de ciertos tipos de partículas llamadas escalares. Hasta ahora, solo se ha descubierto una partícula escalar, el famoso bosón de Higgs.
Si bien la idea de que la materia oscura existía antes del Big Bang no es nueva, no se había podido llegar a modelos y cálculos que sustenten la idea. Es por ello por lo que el estudio desarrollado por Tankenan, demuestra que los investigadores siempre han pasado por alto distintos escenarios matemáticos más simples que posiblemente sustenten los orígenes de la materia oscura.
“No sabemos qué es la materia oscura, pero sí que tiene que ver algo con alguna partícula escalar, puede ser más antigua que el Big Bang, con el escenario matemático propuesto, no tenemos que asumir nuevos tipos de interacciones entre la materia visible y la oscura más allá de la gravedad, que ya sabemos que está ahí” discute Tankenan.
La búsqueda de esta solución proporciona una importante relación entre los físicos de partículas y los cosmólogos, esto se debe a que partículas elementales son los principales candidatos viables a materia oscura en el Universo. Estas partículas son necesarias para explicar la formación de estructura. En la actualidad lo único que se puede afirmar acerca de la materia oscura es que interactúa con su entorno sólo gravitacionalmente (prácticamente no colisiona con otras partículas, no absorbe ni emite luz).
El estudio dirigido por Tankenan, sugiere una nueva e interesante forma de probar el origen de la materia oscura observando las firmas que la materia oscura deja en la distribución de la materia en el Universo. Sin embargo, la materia oscura es demasiado difícil de alcanzar para encontrarse en experimentos de partículas, puede revelar su presencia en observaciones astronómicas.
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Fuentes:
Science Daily:
https://www.sciencedaily.com/releases/2019/08/190807190816.htm