Ni WIMPs ni MACHOs: conoce a los SIMPs, los nuevos candidatos a materia oscura

Estructura fundamental propuesta de un SIMP, similar a la de un pion (izquierda).
UC Berkeley
 

Todos sabemos de la imparable e intensiva búsqueda en el universo de la materia oscura, aquella masa desconocida y perdida en el universo, aunque no por ello menos importante. Un nuevo candidato está ganando seguidores e interés observacional en la comunidad científica.

Las llamadas SIMPs, partículas masivas que interactúan fuertemente, fueron propuestas tres años atrás por los físicos teóricos de la Universidad de California, Berkeley (EEUU) Hitoshi Murayama  y Yonit Hochberg (hoy director del Instituto Kavli para la Física y Matemáticas del Universo en Japón y posdoctorando en Universidad Hebrea de Jerusalén en Israel, respectivamente).

Teorías convencionales sobre los WIMPs predijeron que la materia oscura interactuaban rara vez. En cambio los SIMPs colisioarían en interactuarían, produciendo efectos notorios. 
Kavli IPMU

Según Murayama, observaciones recientes de una acumulación galáctica cercana podría ser la evidencia para la existencia de los SIMPs. El científico anticipó que los futuros experimentos de física de partículas descubrirán una de estas. El experto discutió su última idea teorética sobre los SIMPs y cómo las galaxias en colisión le dan base a esta teoría en una charla brindada esta semana en el 29° Simposio de Astrofísica Relativista llevada a cabo en Ciudad del Cabo, en Sudáfrica. La información fue publicada en Berkeley News.

MACHOs y WIMPs, ¿cosa del pasado?

Ese algo invisible llamado materia oscura ocupa el 85% de la masa del universo. La evidencia más sólida de su existencia es el movimiento de las estrellas dentro de las galaxias. Sin la presencia imperceptible de la misma, las galaxias se dispersarían. En ciertas partes de la galaxia, donde apenas se puede divisar estrellas, la materia oscura llega a ser el 99% de la masa total. Los teóricos creyeron inicialmente que se trataba de material normal demasiado tenue para ser visto: estrellas fallidas (enanas marrones), estrellas consumidas o agujeros negros.

Pero estas creencias se desplomaron rápidamente: se buscó agujeros negros desde el universo muy temprano (primordiales) mirando brillos repentinos producidos cuando estos pasan al frente de estrellas y actúan como un lente débil. Se halló apenas uno, muy poco para explicar la masa galáctica. Con ello, se eliminó prácticamente la posibilidad de explicar la materia oscura con MACHOs (objeto astrofísico masivo de halo compacto).

Y también tuvimos a los WIMPs (partículas masivas que interactúan débilmente). Pese a estar en la mira de científicos por décadas, tampoco llegaron a ser tan contundentes. Se estimaba que eran relativamente grandes, unas 100 veces más pesadas que el protón, e interactúan tan raramente entre sí que llevan “débilmente” en sus nombres. Se creía que interactuaban más frecuentemente con materia normal a través de la gravedad, ayudando a atraerla en acumulaciones que luego evolucionan a galaxias y luego engendran estrellas.

Con ustedes, los SIMPs

Al igual que WIMPs y MACHOs, teóricamente los SIMPs habrían sido producidos en grandes cantidades en la historia temprana del universo, y desde entonces se habrían enfriado hasta llegar a la temperatura cósmica promedio. A diferencia de los anteriores, sin embargo, se cree que interactúan fuertemente entre ellos por la gravedad pero bastante débilmente con material normal. Murayama también desliza la posibilidad de que los SIMPs son una nueva combinación de quarks, los componentes fundamentales de las partículas como los protones y neutrones (bariones).

Mientras los protones y electrones están compuestos de tres quarks, un SIMP podría ser más como un pion al contener también solo dos: un quark y un antiquark.

Un SIMP sería más pequeño que un WIMP, con el tamaño o sección transversal como el de un núcleo atómico, que supone que hay más de ellos que si se tratara de WIMPs. Mayores números significarían que, pese a su interacción débil con materia normal (dispersándose en ella en lugar de descomponerse) dejaría una huella en ella, según Murayama.

El teórico ha visto esta huella en cuatro galaxias colindantes en el cúmulo Abell 3827 donde sorpresivamente la materia oscura parece ser rezagada por la materia visible. Esto podría ser explicado por las interacciones entre la materia oscura en cada galaxia que hace más lenta la fusión de materia oscura pero no la de material normal (básicamente estrellas).


En el cúmulo Abell 3827 se puede ver la colisión de cuatro galaxias y una galaxia centra tenue, como otras estrellas en nuevas Vía Láctea y ganaxias detrás del cúmulo distorcionadas por la materia normal y oscura dentro del cúmulo. Los SIMPs podrían explicar porqué la materia oscura, detectable por los lentes, queda detrás de la material normal en la colisión. 
Universidad de California Berkeley

“Una forma de entender por qué la materia oscura se queda atrás de la materia luminosa es que las partículas de materia oscura tienen un tamaño finito, se dispersan unas contra otras lo que a su vez hace que cuando se quieren mover hacia el resto del sistema son retenidas”, indicó Murayama.

Esto explicaría la teoría de que la materia oscura está atada por un nuevo tipo de quarks.

Los SIMPs, además, superan una falla de la teoría de los WIMPs: explican la distribución de materia oscura en galaxias pequeñas. “Tenemos una intriga de larga data: si miras las galaxias enanas, que son muy pequeñas y contienen pocas estrellas, están realmente dominadas por la materia oscura. Y si pasas por simulaciones numéricas de cómo la materia oscura se agrupa, siempre predicen que hay una gran concentración hacia el centro, una cúspide”, explica Murayama.


Las teorías WIMP predicen una distribución en cúspide, con materia oscura en un área pequeña del centro de la galaxia. SIMP predice la difusión de materia oscura al centro, más típico de galaxias enanas.
Kavli IPMU

 

Investigaciones en marcha para WIMPs y axiones

La búsqueda de SIMPs no tardará en implementarse en instalaciones como el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN en Ginebra, Suiza. Otro experimento como el Colisionador Lineal Internacional (ILC) de Japón sería usado también para buscar SIMPs. Aunque la búsqueda por WIMPs también continúa.

El Large Underground Xenon (LUX), un experimento de materia oscura, ubicado en una mina subterránea en Dakota del Sur (EEUU), ha establecido límites de cómo se vería un WIMP y una versión mejorada del mismo intentará llegar más lejos. También se buscan otros candidatos: está la partícula hipotética llamada axión. El The Cosmic Axion Spin-Precession Experiment (CASPEr), planea buscar perturbaciones en el espín nuclear causado por un campo de axiones. Y el Axion Dark Matter eXperiment- High Frequency (ADMX-HF), por su parte, busca detectar axiones dentro de una cavidad microondas con un campo magnético fuerte, a medida que se convierten en protones.

En este artículo, N+1 te brinda ver una serie de conceptos e información reciente para comprender un poco más a la materia oscura.

 

Daniel Meza
Si te gustó esta noticia, entérate de más a través de nuestros canales de Facebook y Twitter

 

 

Suscríbete

Déjanos tu mail para recibir nuestro boletín de noticias

La confirmación ha sido enviada a tu correo.