Los físicos han tratado de descubrir la materia oscura durante mucho tiempo y obtener una visión real de la misteriosa sustancia que constituye una cuarta parte del universo. ¿Una idea de lo que se esconde debajo de la capa de invisibilidad? Muchas partículas pequeñas y difusas que se comportan como una partícula gigantesca.
Pero la búsqueda más reciente de tales partículas difusas y ultraligeras, publicada el 28 de febrero en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, ha surgido con las manos vacías.
Los resultados sugieren que si la materia oscura realmente está hecha de estas partículas minúsculas, es tan difícil de alcanzar como su nombre lo indica, y apenas interactúa con la materia ordinaria.
Corazón de la oscuridad
La materia oscura es uno de los secretos mejor guardados del universo. El material no interactúa con la luz, pero ejerce una atracción gravitacional sobre otra materia. Aunque representa alrededor de una cuarta parte de la masa y la energía en el universo, parece que los científicos no pueden encontrarlo, ni siquiera averiguar de qué está hecho.
Muchos científicos especulan que la materia oscura podría estar compuesta de partículas masivas que interactúan débilmente, WIMP. Pero las teorías WIMP se quedan cortas de varias maneras. Por ejemplo, estas partículas deberían causar pequeñas estructuras en la red de galaxias que los astrónomos no han visto. Entonces, en cambio, algunos científicos están buscando en otra dirección la materia oscura: partículas ultraligeras.
Si bien hay muchas ideas sobre lo que podría ser la materia oscura, ninguna de ellas tiene mucha evidencia de apoyo, dijo Sergey Troitsky, coautor del artículo e investigador del Instituto de Investigación Nuclear de la Academia de Ciencias de Rusia. "Por lo tanto, uno debe considerar, estudiar y excluir todas las posibilidades una por una".
Algunas teorías de la luz ultraligera, también conocida como materia oscura difusa, proponen una partícula que es aproximadamente 10 ^ 28 veces más ligera que un electrón. Esta materia oscura "difusa" se llama así porque su baja masa significa que actúa más como una partícula manchada con borrosa límites que una onda. La nueva investigación probó una forma de buscar este tipo de partículas en la luz de las galaxias activas.
Dado que la materia oscura constituye una porción tan grande del universo, si está hecha de partículas ultraligeras, debe haber muchas. De hecho, hay tantos que existirían en un estado único, como un campo o un condensado de Bose-Einstein, un estado en el que las partículas, a menudo a temperaturas extremadamente frías, se agrupan y actúan cohesivamente como una sola. Si bien las partículas individuales de materia oscura no interactúan con la luz, razón por la cual los científicos han luchado por encontrarlas, a grandes escalas, el campo tendría un efecto notable en la polarización u orientación de la luz a medida que se mueve a través del espacio. Esto ocurriría a medida que la densidad del campo oscila regularmente, en efecto cambiando la forma en que la luz viaja a través de la región.
La teoría sugirió que este efecto podría verse en una región de materia oscura de al menos 325 años luz de diámetro. La tasa de oscilación del campo depende directamente de la masa de las partículas de materia oscura ultraligera, por lo que al ver este efecto los científicos esperaban que pudieran medir la masa de materia oscura.
Para buscar cambios en la polarización de la luz debido a los campos de materia oscura ultraligera, los científicos analizaron los datos de archivo del Very Long Baseline Array, un radiotelescopio compuesto por 10 (82 pies) (25 metros) telescopios operados desde Socorro, Nueva Mexico Se centraron en la luz de los corazones de 30 galaxias, que arrojan grandes cantidades de materia en chorros que pueden extenderse por cientos de años luz. La luz de estas galaxias está altamente polarizada y ha sido bien estudiada, por lo que los datos de archivo a largo plazo sobre ellas ya estaban disponibles.
"A menudo usamos datos astrofísicos de artículos publicados o bases de datos disponibles públicamente para restringir las propiedades de las partículas elementales", dijo Troitsky a Live Science. "Pero esta vez contactamos a nuestros compañeros astrónomos de radio y ellos buscaron sus propios datos, seleccionando cuidadosamente series de observación solo para nuestra tarea".
Analizando dos décadas de datos, los científicos encontraron muchas oscilaciones, pero no los tipos que buscaban. Los núcleos galácticos activos a menudo pulsan sin una frecuencia regular. Pero las oscilaciones de la materia oscura ultraligera ocurrirían con el mismo período de tiempo entre oscilaciones.
Finalmente, los científicos no vieron ningún signo de materia oscura ultraligera, al menos en los tipos de masas que podrían explicar la falta de pequeñas estructuras encontradas en la red de galaxias. Sin embargo, eso no significa que no existan.
"No hay garantía de que una partícula de materia oscura tenga alguna interacción con el mundo visible además de la gravedad ", dijo Troitsky." Sería muy difícil descubrir una partícula de este tipo con cierta masa y ninguna otra interacción, aunque esa es una de las opciones más simples para explicar la materia oscura ".
Si bien la nueva investigación podría hacer improbable la materia oscura ultraligera convencional, los investigadores no están listos para descartarla.
"Lo único que sabemos con certeza sobre la materia oscura es que se encuentra fuera de la física de partículas conocida", dijo Rennan Barkana, astrónomo de la Universidad de Tel Aviv en Israel, que no participó en el estudio. "Entonces, hasta que tengamos evidencia de observación convincente de la naturaleza de la materia oscura, debemos tener cuidado con las conjeturas y especulaciones ... y mantener una mente abierta".
