Todavía hay mucho que no sabemos sobre la materia oscura —esa masa misteriosa e invisible que podría representar hasta el 85 por ciento de todo lo que nos rodea—, pero un nuevo artículo describe una hipótesis bastante inusual sobre la creación misma de la materia.

Agrupaciones de materia oscura entre galaxias. Crédito: S. Epps y M. Hudson / Universidad de Waterloo.

En resumen: la materia oscura crea materia oscura.

La idea es que en algún momento de las primeras etapas del universo, las partículas de materia oscura pudieron crear más partículas de materia oscura a partir de partículas de materia regular, lo que de alguna manera explicaría por qué ahora hay tanto de esta cosa.

La nueva investigación se basa en propuestas anteriores de un «baño termal», donde la materia regular en forma de plasma producía los primeros trozos de materia oscura —partículas iniciales que luego podrían haber tenido el poder de transformar las partículas del baño de calor en materia más oscura—.

«Esto conduce a un crecimiento exponencial de la densidad numérica de la materia oscura en estrecha analogía con otros procesos de crecimiento exponencial conocidos en la naturaleza», escribe el equipo internacional de físicos, dirigido por Torsten Bringmann de la Universidad de Oslo en Noruega, en su artículo recientemente publicado en Physical Review Letters.

Hay algunas preguntas sin respuesta sobre esta nueva hipótesis, como es normal para cualquier cosa que tenga que ver con la materia oscura, pero lo más importante es que encaja con las observaciones de la materia oscura que tenemos hoy a través del fondo cósmico de microondas (CMB).

El CMB es el elemento más antiguo que podemos ver en todo el Universo. Consiste en una tenue radiación de microondas «ambiental» que inunda todo el espacio y constituye una de las fuentes de datos más importantes sobre la historia y el comportamiento del Universo en su conjunto.

Si bien en realidad no podemos ver la materia oscura directamente, el comportamiento del universo, junto con la radiación electromagnética que forma el CMB, sugiere fuertemente que la materia oscura está ahí afuera en alguna parte —y en cantidades realmente grandes—.

Hay una variedad de escenarios que intentan explicar las condiciones que podrían limitar las proporciones de materia oscura que vemos. Uno, llamado escenario de congelación incluyente, propone que, por mucho que haya aparecido materia oscura en el baño caliente del plasma primitivo, nada la canceló. A medida que el universo se expandió, su generación gradual simplemente cesó, bloqueándose para siempre en una cierta cantidad.

Por el contrario, un modelo de congelación excluyente sugiere que la materia oscura apareció tan rápidamente como la materia normal, pero alcanzó un equilibrio una vez que las antipartículas cancelaron algo. Una vez más, el enfriamiento del universo en expansión detuvo su generación, pero también su capacidad para aniquilarse rápidamente, dejándonos con una cantidad determinada.

Mapa de materia oscura de la región de estudio KiDS (región G12). Crédito: Sondeo KiDS.

Este nuevo estudio propone otra posibilidad, más o menos a mitad de camino. Si es correcta, significaría que la cantidad de materia oscura creció muy rápidamente a medida que el universo se expandía, con este crecimiento ralentizándose y eventualmente deteniéndose a medida que la expansión se ha ralentizado.

Con la materia regular y la materia oscura cada vez más espaciadas entre sí con el tiempo, esta línea de producción de materia oscura se ha agotado. Además, según los investigadores, en algún lugar del CMB debería haber pruebas de que esta teoría es correcta, por lo que el siguiente trabajo es encontrarla.

Tenemos detectores de materia oscura enormemente sensibles que monitorean el cosmos, por lo que no pasará mucho tiempo antes de que escuchemos más sobre este nuevo enfoque para comprender la producción de materia oscura, y a su vez, nos enseñará más sobre la creación y el crecimiento del universo.

«Nuestro mecanismo complementa los escenarios de producción térmica de congelación incluyente y excluyente de forma genérica», escriben los investigadores. «Por lo tanto, la exploración más detallada de esta nueva forma de producir materia oscura a partir del baño termal parece muy justificada».

Fuente: SciAl. Edición: MP.