La materia oscura, el material invisible que constituye la gran mayoría de la masa del universo, puede ensamblarse para formar átomos, según muestran nuevas simulaciones.
Estos «átomos oscuros» pueden cambiar radicalmente la evolución galaxias y diseño estrellasdando a los astrónomos una nueva oportunidad de comprender esta misteriosa sustancia.
Materia oscura representa más del 80% de la masa de cada galaxia y cúmulo de galaxias el universo. Todas nuestras observaciones muestran que la materia oscura es un nuevo tipo de partícula que no interactúa con la materia ordinaria ni con la luz. Solo podemos detectar la materia oscura a través de sus interacciones gravitatorias con todo lo demás. Sea lo que sea la materia oscura, está más allá de nuestra comprensión actual de la física. Pero todavía tiene masa, por lo que todavía tiene gravedad.
Todavía no sabemos si la materia oscura es simple o compleja. Solo puede estar compuesto por un tipo de partícula que domina el universo y apenas interactúa incluso consigo misma. O podría estar formado por varios tipos de partículas, con una variedad tan rica como la que vemos en la materia normal. Más allá de eso, conocemos sólo cuatro fuerzas fundamentales de la naturalezagravedad electromagnetismoes poderosa fuerza nuclear y la fuerza nuclear débil. Pero puede haber fuerzas adicionales que actúen solo en partículas de materia oscura y no interfieran en absoluto con la materia normal.
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Reunirse
El concepto de partículas extra de materia oscura y fuerzas oscuras no es tan oscuro como parece. Nuestra comprensión de la física se basa en simetrías, que son relaciones matemáticas profundas entre partículas. Es muy posible que haya simetrías adicionales en las leyes de la naturaleza que hacen que la materia oscura sea un gemelo de la materia normal, y que para cada tipo de interacción en la que puede participar la materia normal, haya una contraparte de materia oscura.
Por ejemplo, con material normal podemos construir simples átomosa protón y el electrón junto con el fotón que lleva la fuerza electromagnética que media la interacción. También podemos tener una versión de materia oscura de esa misma estructura, con un protón oscuro unido a electrones oscuros por fotones oscuros, átomos oscuros.
La materia oscura atómica se comportaría de manera muy diferente a la materia oscura que consta de una sola partícula. Lo que es más importante, la acumulación de materia oscura simple sería muy difícil, haciéndolo lentamente durante cientos de millones de años. La materia normal se acumula en esas piscinas planas de materia oscura para formar galaxias, pero por lo demás, las dos llevan vidas separadas. La materia oscura atómica, sin embargo, puede formar sus propias galaxias de sombra, estructuras en forma de disco que imitan el tamaño y la disposición de las galaxias visibles.
Un equipo de astrofísicos aprovechó esta emocionante oportunidad para simular la evolución de las galaxias y ver qué diferencias visibles podrían surgir. Permitieron que la materia oscura atómica evolucionara según sus propias fuerzas y luego estudiaron cómo estas nuevas estructuras afectarían a las galaxias visibles a través de la nueva disposición de la gravedad. Publicaron sus resultados en una base de datos de preimpresión en línea. arXiv: en abril.
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Subversión estelar
Los investigadores encontraron que incluso una pequeña cantidad de materia oscura atómica, el 6% de toda la materia oscura del universo, siendo el resto luz, es suficiente para cambiar radicalmente la evolución de las galaxias. Debido a que la materia oscura atómica puede interactuar, puede fusionarse fácilmente, perdiendo energía al emitir algún tipo de radiación oscura. Las simulaciones mostraron que un «disco oscuro» se formó rápidamente dentro de cada galaxia, donde la rotación del disco coincidía estrechamente con los componentes normales visibles.
A partir de ahí, la materia oscura atómica siguió acumulándose, al igual que los gases ordinarios se acumulan en las nubes y, finalmente, en las estrellas. La materia oscura atómica se formó durante la simulación. estrellas oscuras independientemente e incluso puede causar su propia formación agujeros negros. Estos grupos luego se hundieron en el núcleo galáctico, donde aumentó la densidad.
Con toda esa gravedad adicional, la formación de estrellas en los núcleos galácticos se aceleró, produciendo estrellas a un ritmo mucho más rápido que en las galaxias con materia oscura simple. Estas simulaciones en realidad descartaron algunos modelos de materia oscura atómica porque esos modelos causaron que sus galaxias se quedaran sin material nuevo para hacer estrellas demasiado rápido.
Pero algunos modelos sobrevivieron a los límites de observación actuales, lo que permite la posibilidad de que la materia oscura atómica continúe. Los investigadores esperan que más estudios teóricos y experimentales arrojen luz sobre la veracidad de esta intrigante forma de materia exótica. Por ejemplo, debido a que la materia oscura atómica se acumula de manera tan eficiente, es posible que podamos observar grupos densos similares a estrellas con el próximo Sondeo de Microlente Gravitacional de la NASA. Telescopio espacial romano Nancy Grace.
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