Tendencias21

Una segunda inflación tras el ‘big-bang’ podría explicar la cantidad de materia oscura

Físicos de Estados Unidos proponen una teoría sobre el comienzo del universo que explica que la abundancia de la materia oscura no sea tan grande como predicen otras hipótesis: Después de la primera explosión, dicen los científicos, habría habido un segundo periodo inflacionario, que provocó que las partículas de materia oscura chocaran entre sí y se aniquilaran.

Una segunda inflación tras el 'big-bang' podría explicar la cantidad de materia oscura

La cosmología estándar, es decir, la teoría del Big Bang con su período inicial de crecimiento exponencial conocido como inflación, es el modelo científico que prevalece para nuestro universo, según el cual la totalidad del espacio y el tiempo se disparó desde un punto muy denso y caliente en un inmensidad homogénea en constante expansión. Esta teoría explica muchos de los fenómenos físicos que observamos. Pero ¿y si eso no es todo?

Una nueva teoría de físicos de Estados Unidos (del Laboratorio Nacional de Brookhaven -del Departamento de Energía-, el Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, y de la Universidad Stony Brook), que se publicará en línea el 18 de enero en la revista Physical Review Letters, sugiere que hubo un período inflacionario secundario más corto, que podría dar cuenta de la cantidad de la materia oscura que se estima que existe en todo el cosmos.

«En general, una teoría fundamental de la naturaleza puede explicar ciertos fenómenos, pero no siempre termina estimando la cantidad correcta de materia oscura», dice Hooman Davoudiasl, líder del Grupo de Teoría sobre Altas Energías del Laboratorio Nacional de Brookhaven y uno de los autores del artículo. «Si obtiene muy poca materia oscura, puede sugerir otra fuente, pero tener demasiada es un problema.»

La medición de la cantidad de materia oscura en el universo no es tarea fácil, explica el laboratorio en una nota de prensa. Es oscura, después de todo, por lo que no interactúa de manera significativa con la materia ordinaria. No obstante, los efectos gravitacionales de la materia oscura dan a los científicos una idea de cuánto hay ahí fuera.

Las mejores estimaciones indican que representa aproximadamente una cuarta parte del presupuesto de masa-energía del universo, mientras que la materia ordinaria -de la que están hechas las estrellas, nuestro planeta, y nosotros- comprende sólo el 5 por ciento. La materia oscura es la forma dominante de sustancia en el universo, lo que lleva a los físicos a elaborar teorías y experimentos para explorar sus propiedades y entender cómo se originó.

Algunas teorías que explican elegantemente rarezas desconcertantes de la física -por ejemplo, la debilidad excesiva de la gravedad en comparación con otras interacciones fundamentales como la electromagnética, la nuclear fuerte y la nuclear débil- no pueden ser plenamente aceptadas porque predicen más materia oscura que lo que indican las observaciones empíricas.

Esta nueva teoría resuelve ese problema. Davoudiasl y sus colegas llevan un paso más lejos los eventos comúnmente aceptados sobre el inicio del espacio y el tiempo.

En la cosmología estándar, la expansión exponencial del universo llamada inflación cósmica comenzó quizás tan temprano como 10 elevado a -35 segundos después del principio de los tiempos, esto es, un punto decimal seguido de 34 ceros y un 1.

Esta expansión explosiva de la totalidad del espacio duró fracciones de una fracción de segundo, y acabó provocando un universo caliente, seguido de un período de enfriamiento que ha continuado hasta nuestros días. Entonces, cuando el universo tenía apenas unos segundos o minutos de edad -y estaba suficientemente frío- comenzó la formación de los elementos más ligeros. Entre esos hitos, pudo haber otros interludios inflacionarios, dice Davoudiasl.

«No habrían sido tan grandes o tan violentos como el inicial, pero podrían ser responsable de una dilución de la materia oscura», dice.

Proceso

En el principio, cuando las temperaturas alcanzaron miles de millones de grados en un volumen relativamente pequeño de espacio, las partículas de materia oscura pudieron chocar entre sí y aniquilarse al entrar en contacto, transfiriendo su energía a componentes estándar de la materia -partículas como los electrones y los quarks. Pero a medida que el universo continuó expandiéndose, las partículas de materia oscura frías se encontraron unas con otras con mucha menos frecuencia, y la tasa de aniquilación no pudo seguir el ritmo de la tasa de expansión.

«En este punto, la abundancia de la materia oscura es inevitable», dice Davoudiasl. «Recordemos que la materia oscura interactúa muy débilmente. Por lo tanto, una tasa de aniquilación significativa no puede persistir a temperaturas más bajas. La auto-aniquilación de materia oscura se vuelve ineficiente bastante pronto, y la cantidad de partículas de materia oscura se congela.»

Sin embargo, cuanto más débiles son las interacciones de la materia oscura, es decir, menos eficiente es la aniquilación, mayor será la abundancia definitiva de partículas de materia oscura. Dado que los experimentos ponen restricciones cada vez más estrictas a la fuerza de las interacciones de la materia oscura, hay algunas teorías actuales que terminan sobreestimando la cantidad de materia oscura en el universo.

Para alinear la teoría con las observaciones, Davoudiasl y sus colegas sugieren que tuvo lugar otro período inflacionario, impulsado por interacciones en un «sector oculto» de la física. Este segundo periodo de inflación, más suave, caracterizado por un rápido aumento en el volumen, habría diluido la abundancia primordial de partículas, y pudo dejar el universo con la densidad de materia oscura que observamos hoy.

«Definitivamente no es la cosmología estándar, pero hay que aceptar que el universo puede no regirse de la manera estándar que pensábamos», dijo. «Pero nosotros no tuvimos que construir algo complicado. Mostramos como un modelo simple puede incluir este corto periodo de la inflación en el universo temprano y dar cuenta de la cantidad de materia oscura que creemos que hay.»

Davoudiasl dice que podría haber una forma de buscar la más débil de las interacciones entre el sector oculto y la materia ordinaria.

«Si ocurrió este período inflacionario secundario, pudo caracterizarse por energías dentro del alcance de los experimentos de aceleradores como el Colisionador de Iones Pesados Relativistas (RHIC, Brookhaven) y el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, del CERN)», dice. Sólo el tiempo dirá si aparecen señales de un sector oculto en las colisiones dentro de estos colisionadores, o en otras instalaciones experimentales.

Referencia bibliográfica:

Hooman Davoudiasl, Dan Hooper y Samuel D. McDermott: Inflatable dark matter. Phys. Rev. Lett. (2016).

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Descubren una de las estrellas más antiguas del Universo muy cerca de la Vía Láctea 25 marzo, 2024
    La estrella LMC 119 fue apreciada en la Gran Nube de Magallanes, muy cerca de la Vía Láctea, y es la primera estrella de la segunda generación de formación estelar del Universo que se ha identificado en otra galaxia. Esta estrella, una de las más antiguas en el cosmos descubiertas hasta hoy, proporciona una ventana […]
    Pablo Javier Piacente
  • ¿En qué se parece la AMOC a la construcción de la personalidad? 25 marzo, 2024
    Nuestra personalidad puede verse afectada por el deshielo del Ártico porque hay un paralelismo simbólico entre las corrientes oceánicas que regulan el clima y los comportamientos humanos: si seguimos sus patrones, favorecemos la ética en la gestión de las empresas.
    Edita Olaizola (*)
  • La inteligencia colectiva de las plantas forma los misteriosos círculos de hadas de los desiertos 25 marzo, 2024
    Los misteriosos círculos de hadas presentes en los desiertos de al menos 15 países se forman porque las plantas ejercen una forma de inteligencia colectiva para aprovechar los recursos hídricos profundos del terreno, creando las zonas muertas para la vida vegetal que han intrigado a los científicos durante décadas.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Los africanos usaban arcos y flechas hace 74 mil años 24 marzo, 2024
    El uso se arcos y flechas se ha constatado en africanos hace 74.000 años: dejaron constancia de armas puntiagudas usadas para la caza y, después de la erupción del supervolcán Toba en Indonesia que provocó una sequía, también para pescar en un río etíope.
    N+1/T21
  • Descubren al delfín de río más grande de la historia 23 marzo, 2024
    Un equipo de científicos ha descubierto en la Amazonía peruana los fósiles del delfín de río más grande de la Tierra. Era un pariente cercano de los delfines asiáticos y no de los delfines amazónicos que hoy habitan las aguas dulces de América del Sur.
    N+1/T21
  • Detectan emisiones de radio similares a auroras sobre las manchas solares 22 marzo, 2024
    Los astrónomos han observado explosiones de radio duraderas similares a auroras sobre una mancha solar: el descubrimiento podría ayudarnos a comprender mejor al Sol, así como facilitar la identificación de estrellas distantes que producen emisiones de radio similares.
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren un material que se hace más fuerte con cada golpe 22 marzo, 2024
    Un nuevo material elástico presenta una increíble "durabilidad adaptativa": cada vez que se cae o se golpea, su fuerza se incrementa y se vuelve más difícil de romper. Podría ser de gran utilidad en futuros dispositivos electrónicos como nuevos teléfonos móviles, relojes inteligentes o tabletas, que están continuamente expuestos a todo tipo de golpes. Además, […]
    Pablo Javier Piacente
  • El Arco de Gibraltar está migrando desde el Mediterráneo hacia el Atlántico 22 marzo, 2024
    Una zona de subducción que se origina en el Mediterráneo occidental se está moviendo desde la región franco-española hacia el sur. Actualmente está a la altura de la frontera entre España y Portugal y se propaga hacia el Atlántico bajo el Estrecho de Gibraltar.
    JGU/T21
  • Antiguas canoas revelan cómo los marinos del Neolítico surcaron el Mediterráneo 21 marzo, 2024
    Una nueva investigación liderada por Juan Gibaja, del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, y publicada recientemente en la revista PLOS One, arroja luz sobre las primeras embarcaciones neolíticas en el Mediterráneo: las excavaciones en el pueblo de agricultores de la Edad de Piedra de La Marmotta, en Italia, han permitido recuperar cinco […]
    Pablo Javier Piacente
  • En los próximos meses, una "nueva estrella" iluminará el cielo nocturno 21 marzo, 2024
    Los científicos de la NASA han informado que durante este año el sistema estelar T Coronae Borealis podrá verse a simple vista en el cielo nocturno, luego de una violenta explosión cósmica que tendrá lugar en algún momento en los próximos seis meses. La “nueva estrella” en el cielo podrá apreciarse sin la ayuda de […]
    Pablo Javier Piacente