Los astrónomos observaron que la materia oscura no parece agruparse mucho en las galaxias pequeñas, pero su densidad alcanza su punto máximo en sistemas más grandes, como los cúmulos de galaxias. Ha sido un enigma por qué los diferentes sistemas se comportan de manera diferente. Crédito:Kavli IPMU - Kavli IPMU modificó esta figura basándose en la imagen acreditada por la NASA, STScI
Las partículas de materia oscura pueden dispersarse unas contra otras solo cuando alcanzan la energía correcta, dicen los investigadores en Japón, Alemania, y Austria en un nuevo estudio. Su idea ayuda a explicar por qué las galaxias, desde las más pequeñas hasta las más grandes, tienen la forma que tienen.
La materia oscura es una forma de materia misteriosa y desconocida que comprende más del 80 por ciento de la materia del universo actual. Su naturaleza es desconocida pero los físicos creen que su gravedad es responsable de la formación de estrellas y galaxias, que condujo a nuestra existencia.
"La materia oscura es en realidad nuestra mamá, que nos dio a luz a todos. Pero no la conocemos; de alguna manera, nos separamos al nacer. ¿Quién es ella? Esa es la pregunta que queremos saber "dice el autor del artículo Hitoshi Murayama, profesor de la Universidad de California en Berkeley e investigador principal del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo.
Los astrónomos ya han descubierto que la materia oscura no parece agruparse tanto como sugieren las simulaciones por computadora. Si la gravedad es la única fuerza que impulsa la materia oscura, solo tirando y nunca empujando, entonces la materia oscura debería volverse muy densa hacia los centros de las galaxias. Sin embargo, especialmente en pequeñas galaxias débiles llamadas esferoidales enanas, la materia oscura no parece volverse tan densa como se esperaba hacia los centros galácticos.
Cuando dos partículas de materia oscura se acercan, luego tienden a simplemente pasarse unos a otros. Crédito:Kavli IPMU
Este rompecabezas podría resolverse si la materia oscura se esparciera contra sí misma como bolas de billar, permitiendo que las partículas se esparzan de manera más uniforme después de una colisión. Pero un problema con esta idea es que la materia oscura parece agruparse en sistemas más grandes, como cúmulos de galaxias. ¿Qué hace que la materia oscura se comporte de manera diferente entre las esferoidales enanas y los cúmulos de galaxias? Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado una explicación que podría resolver este acertijo, y revelar qué es la materia oscura.
"Si la materia oscura se dispersa entre sí solo a una velocidad baja pero muy especial, puede suceder a menudo en esferoidales enanos, donde se mueve lentamente, pero es raro en cúmulos de galaxias donde se mueve rápido. Necesita alcanzar una resonancia, "dice el físico chino Xiaoyong Chu, investigador postdoctoral en la Academia de Ciencias de Austria.
La resonancia es un fenómeno común:hacer girar el vino en un vaso para exponerlo al oxígeno y producir más aroma requiere rodear el vaso exactamente a la velocidad correcta. Las radios analógicas antiguas deben estar sintonizadas en la frecuencia correcta. Estos son ejemplos de resonancia, y el equipo sospecha que la resonancia puede explicar este rompecabezas de la materia oscura.
Pero cuando llegan a una velocidad especial, ellos 'resuenan' y se pegan entre sí por un breve momento, y luego mudarse a diferentes direcciones, haciendo que se dispersen. De esta manera, la materia oscura puede extenderse para que podamos entender el perfil uniforme en las galaxias pequeñas. Crédito:Kavli IPMU
"Hasta donde sabemos, esta es la explicación más simple del rompecabezas. Estamos emocionados porque pronto sabremos qué es la materia oscura, "dice Murayama.
Sin embargo, el equipo no estaba convencido de que una idea tan simple pudiera explicar los datos correctamente. "Primero, estábamos un poco escépticos de que esta idea explicaría los datos de observación; pero una vez que lo probamos, Funcionó a las mil maravillas, "dice el científico colombiano Camilo García Cely, investigador postdoctoral en Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY) en Alemania.
Usando la idea de resonancia, la trama demuestra que podemos explicar todos los sistemas al mismo tiempo. Crédito:Xiaoyong Chu, Camilo García Cely, Hitoshi Murayama
El equipo cree que no es casualidad que la materia oscura pueda dar en el clavo exacto. "Hay muchos otros sistemas en la naturaleza que muestran accidentes similares:en las estrellas, partículas alfa golpean una resonancia de berilio, que a su vez golpea una resonancia de carbono, produciendo los bloques de construcción que dieron origen a la vida en la Tierra. Un proceso similar ocurre con una partícula subatómica llamada phi, "dice García Cely.
"También puede ser una señal de que nuestro mundo tiene más dimensiones de las que vemos. Si una partícula se mueve en dimensiones adicionales, tiene energía. Para humanos, que no ven la dimensión extra, creemos que la energía es en realidad masa, gracias a E =mc de Einstein 2 . Quizás alguna partícula se mueve dos veces más rápido en una dimensión extra, haciendo que su masa sea exactamente el doble que la masa de materia oscura, "dice Chu.
El siguiente paso del equipo será encontrar datos de observación que respalden su teoría. "Si esto es cierto, Observaciones futuras y más detalladas de diferentes galaxias revelarán que la dispersión de materia oscura lo hace, Por supuesto, dependen de su velocidad, "dice Murayama, quien también lidera un grupo internacional separado que tiene la intención de realizar dicha investigación utilizando el espectrógrafo Prime Focus, ahora en construccion. El instrumento de 80 millones de dólares se montará en el telescopio Subaru en la cima de Mauna Kea en Big Island, Hawai, y será capaz de medir las velocidades de miles de estrellas en esferoidales enanas.
El artículo del equipo fue publicado en línea el 22 de febrero por Cartas de revisión física .
