Un equipo de investigadores de Dartmouth College ha propuesto una nueva hipótesis que explicaría de manera verificable el principal enigma de la cosmología, ¿qué es la materia oscura que constituye el 85 por ciento de nuestro universo y como se forma? Nunca hemos podido verla, pero sabemos que existe porque podemos observar sus efectos gravitacionales sobre las galaxias. Aunque también hay quien afirma lo contrario.
Según el estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, la materia oscura podría haberse formado en los primeros instantes del universo después del Big Bang a partir de la interacción entre partículas sin masa, que al combinarse perdieron energía de forma súbita y adquirieron una masa considerable. Esta transformación se asemejaría al proceso físico en el que el vapor se condensa en agua, según los autores.
Lo que proponemos es una transformación radical: que la materia oscura comenzó siendo partículas casi sin masa, similares a la luz, y terminó convertida en conglomerados fríos y pesados, responsables de la estructura de las galaxias, afirma Robert Caldwell, profesor de física y astronomía en Dartmouth y autor principal del artículo. Esto contrasta con la visión habitual que identifica a la materia oscura como una sustancia fría y pasiva, sin vínculos con estados energéticos relativistas.
Tras la gran explosión que marcó el inicio del universo hace unos 13.700 millones de años, el cosmos estaba dominado por partículas extremadamente calientes y rápidas parecidas a los fotones, las partículas elementales de la luz. Según los investigadores sería en ese caldo primordial donde grandes cantidades de estas partículas sin masa empezaron a emparejarse atraídas por la orientación opuesta de sus giros o “spins”, de manera similar a la atracción entre polos opuestos de un imán.

A medida que el universo se expandía y enfriaba, los investigadores proponen que se produjo un desequilibrio en la orientación de estos giros que provocó una caída brusca de la energía del sistema, un colapso energético que desencadenaría una transición de fase. Lo más sorprendente de nuestro modelo es precisamente esa caída repentina de energía, que actúa como puente entre un universo densamente energético y otro caracterizado por partículas frías y agrupadas, explica Liang.
Este fenómeno de transición recuerda, según los autores, a lo que sucede con los pares de Cooper en la física de materiales. A temperaturas muy bajas dos electrones pueden formar un par que conduce electricidad sin resistencia, que es una propiedad clave en la superconductividad. Caldwell y Liang consideran que esta analogía refuerza la plausibilidad de su propuesta: Los pares de Cooper demuestran que existe un mecanismo físico capaz de generar una transición de este tipo, sostiene Caldwell.
Según los autores las partículas extremadamente frías y casi sin presión que creen son las que forman la materia oscura dejarían una señal distintiva en la Radiación Cósmica de Fondo (CMB, por sus siglas en inglés), el eco térmico del Big Bang que todavía impregna todo el universo. Esta huella se podría identificar mediante los datos ya recogidos por proyectos como el Observatorio Simons en Chile o la futura iniciativa CMB Stage 4.
La belleza del modelo reside en su simplicidad: no es necesario construir estructuras teóricas complejas para que funcione, se basa en conceptos físicos y cronologías que ya conocemos, señala Liang. Además la teoría ofrece una explicación coherente al enigma de la actual densidad energética del universo, que es notablemente inferior a la de sus primeras etapas. Las estructuras actuales adquieren su masa gracias a la densidad de la materia oscura fría, pero también debe haber un mecanismo que justifique la caída de la densidad energética hasta los niveles que observamos hoy, concluye.
Aunque se trata de una hipótesis teórica, el hecho de que se base en modelos matemáticos compatibles con datos observacionales ya disponibles permite futuras comprobaciones. Según Caldwell estamos proponiendo una forma nueva de pensar y posiblemente identificar la materia oscura. Y lo más emocionante es que podemos ponerla a prueba.
FUENTES
Guanming Liang(梁冠铭), Robert R. Caldwell, Cold Dark Matter Based on an Analogy with Superconductivity. Physical Review Letters, 134, 191004. doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.19
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