Materia oscura en ondas… gravitacionales

By Diana Rojas Ciofalo Febrero 27, 2018 203 No comment
El problema de la materia oscura es junto con la explicación de la energía oscura, uno de los misterios que más se desea resolver, y es de gran relevancia en la cosmología, la astrofísica y la física de partículas.
 A pesar de ser cinco veces más abundante que la materia normal en el universo, tras más de 30 años de búsqueda su composición aún se desconoce. El hecho de no estar seguros de sus propiedades nubla nuestra posibilidad de entender de forma completa cómo el universo evolucionó y adónde se dirige su evolución. En un nuevo modelo, Evan McDonough y Stephon Alexander de la Universidad de Brown en Rhode Island, junto con David Spergel de la Universidad de Princeton en New Jersey, vinculan la materia oscura con la generación de las ondas gravitacionales de los primeros instantes del universo, ofreciendo así una forma diferente de estudiar sus partículas.
 
El Big Bang (Gran Explosión) es la teoría aceptada sobre el origen del universo y es consistente con 50 años de mediciones. Entre las principales evidencias de esta teoría están la observación de la expansión del universo, la abundancia de elementos ligeros y la radiación de fondo de microondas o CMB (por la sigla en inglés de Cosmic Microwave Background). Pero esta teoría no describe el nacimiento del universo sino los primeros instantes después del Bang. En la figura se muestra el mapa del CMB obtenido por el satélite Planck que también aparece en la imagen.
 
Según la teoría de la Gran Explosión el universo era al principio muy pequeño y caliente, pocos segundos después comenzó la expansión acelerada y con ello comenzó a enfriarse. Hay diversas propuestas que explican el mecanismo de esta expansión acelerada, y que en conjunto se les llama teorías inflacionarias; éstas fusionan la cosmología con la física de partículas. Cuando las temperaturas eran muy altas el universo se componía de lo que se suele llamar la sopa primigenia (ver en Cienciorama “Cocinando quarks: el experimento ALICE”). Todo cuerpo caliente emite radiación y el CMB es la radiación emitida en esta etapa del universo. Los diferentes colores que se muestran en la imagen corresponden a la diferencia en temperatura, aunque esta diferencia es muy pequeña (el rango es de 200 microKelvin), refleja que el universo no era homogéneo desde ese entonces.
 
La luz del CMB (los fotones que miden los telescopios de microondas) está ligeramente polarizada y la polarización de los fotones del CMB no está orientada aleatoriamente; es como si hubiesen pasado por un filtro polarizador. Según las teorías inflacionarias esta polarización se debe a la interacción de la materia con las ondas gravitacionales generadas en esta etapa temprana del universo. Lo que se propone en este nuevo modelo de materia oscura es que las partículas de materia oscura interaccionaron de una forma especial con estas ondas gravitacionales primigenias. Esta materia oscura es quiral (ver en Cienciorama “La sutil y relevante historia de la mano derecha y su siniestra hermana”), esto es como si sólo pudieran interactuar con su mano izquierda con las ondas gravitacionales, lo que provoca que estas ondas se “doblen” de una forma determinada que dejaría huella en la polarización del CMB.
 
Para estudiar la polarización del CMB los cosmólogos usan algunas técnicas complejas. Así como podemos separar la luz en los diferentes colores del arcoíris, la luz polarizada (ver en CiencioramaPantallas de cristales líquidos”) del CMB puede descomponerse en lo que se llaman los modos E y B. Así se puede extraer información sobre los mecanismos que polarizaron esta luz; prácticamente podríamos decir que el descubrimiento del CMB en 1964, equivale a haber encontrado el fósil más antiguo posible, y estudiar su polarización es como estudiar los rastros de ADN de este fósil.
 

Fuentes: 

Artículo científico: 
S. Alexander, E. McDonough y D.N. Spergel, ”Chiral Gravitational Waves and Baryon Superfluid Dark Matter'' arXiv:1801.07255 [hep-th].  
 
Nota de prensa:
 
Video sobre materia oscura:
 
 
 
Imagen: El satélite Planck y el fondo cósmico de microondas (CMB) Crédito: ESA and the Planck Collaboration - D. Ducros

  

Texto tomado de revista digital "cienciorama", consulta en: www.cienciorama.unam.mx

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Last modified on Martes, 27 Febrero 2018 19:25

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