Los físicos creen que la mayor parte de la materia del Universo está compuesta por una sustancia invisible que solo conocemos a través de sus efectos secundarios en las estrellas y galaxias que podemos ver.

¡No estamos locos! Sin esta «materia oscura», el Universo tal como lo vemos no tendría sentido.

Pero la naturaleza de la materia oscura es un enigma de larga data. Sin embargo, un nuevo estudio por Alfred Amruth en la Universidad de Hong Kong y colegas, publicado en astronomia de la naturaleza, utiliza la curvatura gravitatoria de la luz para acercarnos un paso más a la comprensión.

Invisible pero omnipresente

La razón por la que pensamos que existe la materia oscura es que podemos ver los efectos de su gravedad en el comportamiento de las galaxias. Específicamente, la materia oscura parece constituir alrededor del 85 % de la masa del Universo, y la mayoría de las galaxias distantes que podemos ver parecen estar rodeadas por un halo de la misteriosa sustancia.

Pero se llama materia oscura porque no emite luz, ni la absorbe ni la refleja, lo que la hace increíblemente difícil de detectar.

¿Así que qué es lo? Creemos que debe ser algún tipo de partícula fundamental desconocida, pero más allá de eso no estamos seguros. Todos los intentos de detectar partículas de materia oscura en experimentos de laboratorio han fracasado hasta ahora y los físicos han estado debatiendo su naturaleza durante décadas.

Los científicos han propuesto dos candidatos hipotéticos principales para la materia oscura: caracteres relativamente pesados ​​llamados partículas masivas de interacción débil (o WIMP) y partículas extremadamente ligeras llamadas axiones.

En teoría, los WIMP se comportarían como partículas discretas, mientras que los axiones se comportarían mucho más como ondas debido a la interferencia cuántica.

Ha sido difícil distinguir entre estas dos posibilidades, pero ahora la luz dirigida alrededor de galaxias distantes ofrece una pista.

Lentes gravitacionales y anillos de Einstein

Cuando la luz que viaja a través del Universo pasa a través de un objeto masivo como una galaxia, su camino se desvía porque, según la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, la gravedad del objeto masivo distorsiona el espacio y el tiempo a su alrededor.

Como resultado, a veces, cuando miramos una galaxia lejana, podemos ver imágenes distorsionadas de otras galaxias detrás de ella. Y si las cosas se alinean perfectamente, la luz de la galaxia de fondo se dispersará en un círculo alrededor de la galaxia más cercana.

Esta distorsión de la luz se llama «lente gravitacional» y los círculos que puede crear se llaman «anillos de Einstein».

Al estudiar cómo se distorsionan los anillos u otras imágenes de lentes, los astrónomos pueden aprender sobre las propiedades del halo de materia oscura que rodea la galaxia más cercana.

Axiones vs WIMP

Y eso es exactamente lo que hicieron Amruth y su equipo en su nuevo estudio. Observaron varios sistemas donde se veían múltiples copias del mismo objeto de fondo alrededor de la galaxia en primer plano, con un enfoque particular en uno llamado HS 0810+2554.

Usando un modelo detallado, descubrieron cómo se distorsionarían las imágenes si la materia oscura estuviera hecha de WIMP en comparación con cómo serían si la materia oscura estuviera hecha de axiones. El modelo WIMP no se parecía mucho al modelo real, pero el modelo axion reproducía con precisión todos los recursos del sistema.

El resultado sugiere que los axiones son un candidato más probable para la materia oscura, y su capacidad para explicar las anomalías de las lentes y otras observaciones astrofísicas entusiasma a los científicos.

partículas y galaxias

La nueva investigación se basa en estudios previos que también apuntaban a los axiones como la forma más probable de materia oscura.

Por ejemplo, un estudio observó los efectos de la materia oscura del axión en el fondo cósmico de microondas, mientras otro examinó el comportamiento de la materia oscura en las galaxias enanas.

Si bien esta investigación aún no termina el debate científico sobre la naturaleza de la materia oscura, abre nuevas vías para probar y experimentar. Por ejemplo, las futuras observaciones de lentes gravitacionales podrían usarse para probar la naturaleza ondulatoria de los axiones y medir potencialmente su masa.

Una mejor comprensión de la materia oscura tendrá implicaciones para lo que sabemos sobre la física de partículas y el Universo primitivo. También podría ayudarnos a comprender mejor cómo se forman y cambian las galaxias con el tiempo.

rossana ruggeriinvestigador de cosmología, universidad de queensland

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