Teorías exóticas de la materia oscura. Si eres fanático de todas las cosas más increíbles del universo, entonces este artículo es para ti.
La mayoría de los contenidos de nuestro universo son de una forma completamente desconocida para la física. Es solo un hecho crudo al que todos tendremos que acostumbrarnos. Si estás tentado a pensar que es solo una especie decosmológico problema, un problema que solo surge en las escalas más grandes, bueno, entonces tengo malas noticias para ti. Uno de estos componentes misteriosos del cosmos es, por lo que podemos decir, una forma de materia.
Pero no cualquier forma de materia, de lo contrario ya la habríamos visto. No, creemos que es una especie deoscuro importar; materia que simplemente no interactúa con la luz. Sin emisión Sin absorción Sin dispersión. Nada. Y el hecho de que exista materia oscura no debería serese sorprendente, ¿debería? Después de todo, ¿quién dicta que todo en el universodebe interactuar con la luz?
Nadie lo hizo, y aquí estamos. Si observa una galaxia aleatoria, las cosas que se iluminan (estrellas, nebulosas, etc.) solo representan una pequeña fracción de la cantidad total de masa en esa galaxia. La proporción exacta entre la materia "normal" y la materia oscura depende de muchos factores, como el historial de formación de la galaxia. Pero en general, cuanto más pequeña es la galaxia, más está dominada por la materia oscura.
Las galaxias más pequeñas, conocidas como galaxias enanas, podrían proporcionar un práctico laboratorio para estudiar la materia oscura. En estas galaxias, la materia oscura es libre de hacer lo que la materia oscura hace sin nada de esa molesta materia que interactúa con la luz para realmente complicar las cosas. Si la materia oscura hace algo extraño (bueno, más extraño que simplemente existir), como interactuar consigo mismo a través de la fuerza nuclear débil, o estar compuesto de múltiples tipos de partículas exóticas, entonces cualquier efecto se hará más pronunciado en una galaxia enana que algo así como la vía Láctea.
Todo esto es genial y bueno, excepto por la pequeña advertencia de que, si bien todas estas físicas interesantes están sucediendo bajo el capó, es difícil para nosotros verlo. Porque está oscuro
Una de las muchas cosas que no entendemos acerca de la materia oscura es cómo se comporta en los núcleos de las galaxias. Simulaciones simples de la evolución de la galaxia predicen algo llamado "cúspide", una nuez dura de increíblemente alta densidad que se sienta en el centro cremoso de una galaxia. Pero las observaciones no revelan esto: debería haber muchas estrellas siguiendo la influencia gravitacional de toda esa materia oscura. Y seguro que hay muchas estrellas en el centro de una galaxia, pero noese muchos.
Algo tiene que suavizar la materia oscura central. Podrían ser interacciones exóticas en la materia oscura misma. Podrían ser causas más mundanas como los vientos de supernovas que expulsan el gas. Podría ser ambos, o ninguno.
Los astrónomos están muy, muy interesados en los núcleos de las galaxias, y especialmente en las galaxias enanas, porque es allí donde potencialmente pueden aprender mucho sobre la materia oscura. Y a pesar de su complicada física desordenada, todavía necesitamos estrellas y gases para observar, explorar y estudiar las galaxias enanas, con la esperanza de poder rastrear el comportamiento de la materia oscura subyacente. Pero las galaxias enanas están muy lejos, oscuras y pequeñas, y sus núcleos aún más.
¿Cómo podríamos mirar dentro de ellos?
Afortunadamente, las galaxias tienen más que ciudadanos estelares. También tienen agujeros negros. Gigantes supermasivos en sus núcleos y millones de pequeños flotando dentro de ellos. Y el hecho de que los agujeros negros gigantes tienden a congregarse en los núcleos de sus galaxias anfitrionas podría ser útil. Entonces, tal vez, trabajen conmigo aquí, si de alguna manera pudiéramos estudiar el comportamiento de los agujeros negros dentro de las galaxias enanas, podríamos obtener algunas pistas sobre la naturaleza de la materia oscura.
Pero los agujeros negros también son negros y difíciles de ver. Y pequeña. Y muy lejos. Afortunadamente, no tenemos que ver agujeros negros, podemos escucharlos.
Cuando los agujeros negros chocan, tiemblan y distorsionan la tela del espacio-tiempo tanto que causan olas, como ondas que se extienden desde una piedra pesada que cae al agua. Estas ondas de gravedad se extienden por el espacio a la velocidad de la luz, estirando y exprimiendo muy ligeramente cualquier materia que intervenga a medida que pasan. De hecho, su cuerpo, mientras lee esto, está siendo tironeado y presionado como un pedazo de masilla de las innumerables ondas gravitacionales que pasan por la Tierra.
Estas ondas de gravedad son increíblemente difíciles de detectar, razón por la cual las primeras personas en medirlas obtuvieron algunos premios Nobel por su esfuerzo de décadas de usar haces de luz interferentes para capturar la señal sutil.
Pero nuestros tres observatorios de ondas gravitacionales en la superficie de la Tierra no pueden ayudarnos con nuestro problema de agujero negro en el interior de la galaxia enana para estudiar la materia oscura. Esos agujeros negros, conocidos comoagujeros negros de masa intermedia - son demasiado pequeños para hacer una señal detectable aquí en la Vía Láctea cuando se fusionan.
Pero un observatorio de ondas gravitacionales en el espacio podría. La misión LISA propuesta (que significa, como habrás adivinado, Antena espacial con interferómetro láser) podría tener la sensibilidad adecuada para ver la señal de fusión de agujeros negros de tamaño mediano, como los que se encuentran en los corazones de las galaxias enanas.
Y según un nuevo artículo recientemente aceptado por Astrophysical Journal Letters dirigido por Tomas Tomfal de la Universidad de Zúrich, diferentes modelos de materia oscura (y sus posibles interacciones con el tipo normal de materia amante de la luz) pueden influir en la frecuencia y la rapidez los agujeros negros en las galaxias enanas se fusionan, que es algo que LISA puede separar.
Es un camino indirecto para comprender la materia oscura, pero en un problema tan molesto como este, es prometedor.
Leer más: "Formación de binarios de agujeros negros de LISA en la fusión de galaxias enanas: la huella de la materia oscura"
