Los gemelos idénticos son similares entre sí de muchas maneras, pero tienen diferentes experiencias, amigos, y estilos de vida.

Este concepto es desarrollado a escala cosmológica por las galaxias. Dos galaxias que parecen a primera vista ser muy similares y efectivamente idénticas pueden tener regiones internas rotando a ritmos muy diferentes, el análogo galáctico de gemelos con diferentes estilos de vida.

Un equipo de físicos dirigido por Hai-Bo Yu de la Universidad de California, Orilla, ha encontrado una explicación sencilla y viable para esta diversidad.

Cada galaxia se encuentra dentro de un halo de materia oscura que forma el andamio gravitacional que la mantiene unida. La distribución de la materia oscura en este halo se puede inferir del movimiento de las estrellas y las partículas de gas en la galaxia.

Yu y sus colegas informan en Cartas de revisión física esas diversas curvas de rotación galáctica, un gráfico de velocidades de rotación a diferentes distancias del centro, puede explicarse naturalmente si se supone que las partículas de materia oscura chocan fuertemente entre sí en el halo interno, cerca del centro de la galaxia, un proceso llamado auto-interacción de la materia oscura.

"En la teoría predominante de la materia oscura, llamada materia oscura fría o CDM, se supone que las partículas de materia oscura no tienen colisiones, aparte de la gravedad, "dijo Yu, profesor asistente de física teórica de partículas y astrofísica, quien dirigió la investigación. "Invocamos una teoría diferente, el modelo de materia oscura auto-interactuante o SIDM, para mostrar que las autointeracciones de la materia oscura termalizan el halo interno, que une las distribuciones de materia ordinaria y materia oscura para que se comporten como una unidad colectiva. El halo de materia oscura que interactúa con sí mismo se vuelve lo suficientemente flexible para adaptarse a las diversas curvas de rotación observadas ".

Yu explicó que las colisiones de materia oscura tienen lugar en el denso halo interno, donde se encuentra la galaxia luminosa. Cuando las partículas chocan, intercambian energía y termalizan. Para galaxias poco luminosas, el proceso de termalización calienta las partículas internas de materia oscura y las empuja fuera de la región central, reduciendo la densidad, análogo a una máquina de palomitas de maíz en la que los granos se golpean entre sí al estallar, haciéndolos volar hacia arriba desde la parte inferior de la máquina. Para galaxias de alta luminosidad como la Vía Láctea, la termalización empuja las partículas hacia el pozo potencial profundo de la materia luminosa y aumenta la densidad de la materia oscura. Además, la historia del ensamblaje cosmológico de los halos también juega un papel en la generación de la diversidad observada.

"Nuestro trabajo demuestra que la materia oscura puede tener fuertes interacciones personales, una desviación radical de la teoría predominante, "Dijo Yu." Explica bien la diversidad observada de curvas giratorias galácticas, siendo coherente con otras observaciones cosmológicas ".

La materia oscura constituye aproximadamente el 85 por ciento de la materia del universo, pero su naturaleza permanece en gran parte desconocida a pesar de su inconfundible huella gravitacional en las observaciones astronómicas y cosmológicas. La forma convencional de estudiar la materia oscura es asumir que tiene algo adicional, interacción no gravitacional con materia visible que se puede estudiar en el laboratorio. Los físicos no saben sin embargo, si existe tal interacción entre la materia oscura y la visible.

Durante la ultima decada, Yu ha sido pionero en una nueva línea de investigación basada en la siguiente premisa:Dejando de lado si la materia oscura interactúa con la materia visible, ¿Qué sucede si la materia oscura interactúa consigo misma a través de alguna nueva fuerza oscura?

Yu postuló que la nueva fuerza oscura afectaría la distribución de materia oscura en el halo de cada galaxia. Se dio cuenta de que, de hecho, existe una discrepancia entre el MDL y las observaciones astronómicas que podría resolverse si la materia oscura interactúa por sí misma.

"La compatibilidad de esta hipótesis con las observaciones es un gran avance en el campo, "dijo Flip Tanedo, profesor asistente de física teórica de partículas en UC Riverside, que no participó en la investigación. "El paradigma SIDM es un puente entre la física fundamental de partículas y la astronomía observacional. La coherencia con las observaciones es un gran indicio de que esta propuesta tiene posibilidades de ser correcta y sienta las bases para futuras observaciones, experimental, numérico, y trabajo teórico. De este modo, está allanando el camino para una nueva investigación interdisciplinaria ".

El SIDM fue propuesto por primera vez en 2000 por un par de eminentes astrofísicos. Experimentó un renacimiento en la comunidad de física de partículas alrededor de 2009, ayudado en parte por el trabajo clave de Yu y colaboradores.

“Este es un momento especial para este tipo de investigación porque las simulaciones numéricas de galaxias finalmente se están acercando a una precisión en la que pueden hacer predicciones concretas para comparar las predicciones observacionales de los escenarios de auto-interacción versus la materia oscura fría, "Dijo Tanedo." De esta manera, Hai-Bo es el arquitecto de la materia oscura autointeractiva moderna y cómo fusiona múltiples campos diferentes:física teórica de alta energía, física experimental de altas energías, astronomía observacional, simulaciones numéricas de astrofísica, y la cosmología del universo temprano y la formación de galaxias ".

El trabajo de investigación está incluido por Cartas de revisión física como una "sugerencia del editor" y también aparece en APS Physics.