La materia oscura, que constituye el 85% de la masa del universo, es invisible porque no interactúa con la luz.
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Unos científicos han encontrado una posible explicación única tanto para la naturaleza de la materia oscura como para la estructura a gran escala del universo. Dicha estructura se conoce como la red cósmica. Los resultados de esta investigación establecen un vínculo potencialmente revelador entre estas dos cuestiones de la física y la cosmología que tanto misterio han arrastrado, y abren nuevas perspectivas para resolver otras cuestiones intrigantes sobre la naturaleza del universo.
La materia oscura, que constituye el 85% de la masa del universo, es invisible porque no interactúa con la luz. Los científicos estudian sus efectos gravitatorios sobre la materia visible para obtener información sobre cómo está repartida por el universo.
El equipo internacional integrado, entre otros, por Keir Rogers, Renée Hložek y Alex Laguë, del Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica, adscrito a la Universidad de Toronto en Canadá, ha llegado a la conclusión de que el misterio de la distribución más uniforme de lo esperado de la materia a gran escala por todo el cosmos, puede ser un indicio de que la materia oscura está compuesta por unas hipotéticas partículas ultraligeras llamadas axiones.
"Si se confirma con futuras observaciones astronómicas y experimentos de laboratorio, el hallazgo de materia oscura a base de axiones sería uno de los descubrimientos más importantes de este siglo", afirma Rogers. Al mismo tiempo, los nuevos resultados sugieren una explicación de por qué el universo es menos grumoso de lo que se creía, una característica que se ha vuelto cada vez más evidente en los últimos años, y que actualmente deja en entredicho muchas ideas sobre el universo que se tenían por incuestionables.
Una de las principales teorías propone que la materia oscura está formada por axiones, descritos en mecánica cuántica como "difusos" debido a su comportamiento ondulatorio. A diferencia de las partículas que conocemos, los axiones pueden tener longitudes de onda mayores que el diámetro de galaxias enteras. Este carácter difuso influye en la formación y distribución de la materia oscura, lo que podría explicar por qué el universo es menos grumoso de lo previsto.
Esta falta de aglomeración se ha observado en grandes sondeos de galaxias, lo que pone en tela de juicio la otra teoría predominante, según la cual la materia oscura está formada únicamente por partículas subatómicas pesadas de interacción débil denominadas WIMPs. A pesar de experimentos como el del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), no se han encontrado pruebas de la existencia de WIMPs.
Simulación por ordenador de una sección del universo con axiones (izquierda) y sin ellos (derecha) que muestra cómo la estructura de la red cósmica de materia oscura es menos grumosa si contiene axiones. A la misma escala en la que se muestra esta porción de universo, nuestra galaxia ocuparía uno de los pequeños puntos verdes llamados halos. (Imagen: Alexander Spencer London / Alex Laguë)
Para el estudio, el equipo de investigadores analizó las observaciones de la radiación más antigua conocida, considerada una reliquia del Big Bang y conocida como fondo cósmico de microondas (CMB). Los investigadores compararon estos datos del CMB con los datos de agrupación de galaxias del BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), que cartografía las posiciones de aproximadamente un millón de galaxias en el universo cercano. Al estudiar la distribución de las galaxias, que refleja el comportamiento de la materia oscura bajo las fuerzas gravitatorias, midieron las fluctuaciones de la cantidad de materia en todo el universo y confirmaron su menor aglomeración en comparación con las predicciones basadas en un modelo sin axiones.
A continuación, los investigadores realizaron simulaciones por ordenador para predecir la aparición de la radiación del CMB y la distribución de las galaxias en un universo con ondas largas de materia oscura. Estos cálculos concuerdan con los datos del CMB y con los datos sobre cómo se agrupan las galaxias, lo que respalda la idea de que los axiones podían explicar la aglomeración anómalamente escasa de materia visible en el cosmos.
Las repercusiones que tendría para la ciencia el demostrar la existencia de los axiones van más allá de averiguar la identidad de la materia oscura, y podrían conducir al esclarecimiento de muchas otras cuestiones fundamentales sobre la naturaleza del universo.
En la actualidad, no existe una teoría única que explique simultáneamente y de manera convincente la gravedad y la mecánica cuántica, A las teorías de esta clase se las llama “teorías del todo”. La teoría del todo más popular en las últimas décadas es la teoría de cuerdas, que postula otro nivel por debajo del cuántico, en el que todo está hecho de excitaciones de energía similares a cuerdas vibrando. Según Rogers, la detección de un axión podría ser un indicio de que la teoría de cuerdas es correcta y podría así perfilarse como una teoría del todo lo bastante fiable.
El estudio se titula “Ultra-light axions and the S8 tension: joint constraints from the cosmic microwave background and galaxy clustering”. Y se ha publicado en la revista académica Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. (Fuente: NCYT de Amazings)
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