Redacción

Los científicos del Dark Energy Survey han publicado los resultados de cinco años de trabajos. Los investigadores utilizaron el censo más completo del mundo sobre las galaxias enanas existentes alrededor de nuestra Vía Láctea para investigar la naturaleza de la materia oscura, una forma invisible de materia que domina el universo. Estas nuevas mediciones proporcionan información sobre de qué puede y no puede estar hecha la materia oscura.

En particular, los nuevos resultados limitan la masa mínima de las partículas de materia oscura, así como la fuerza de las interacciones entre la materia oscura y la materia normal.

Según estos nuevos resultados, una partícula de materia oscura debe ser más pesada que un zeptoelectrónvoltio (10^-21 electronvoltios). Este estudio también muestra que las interacciones de la materia oscura con la materia normal deben ser aproximadamente 1.000 veces más débiles que la fuerza nuclear débil. De las fuerzas conocidas, solo la gravedad es más débil.

Estas novedosas mediciones utilizaron datos del Dark Energy Survey, un estudio cosmológico diseñado para estudiar la energía oscura, la misteriosa fuerza que impulsa la expansión acelerada del universo. En contraste, la materia oscura es gravitatoriamente atractiva, resistiendo la expansión del universo y uniendo gravitatoriamente los sistemas astronómicos como las galaxias. Las galaxias “enanas” más pequeñas pueden tener entre cientos y miles de veces más materia oscura que la materia normal. En los últimos cinco años, el Dark Energy Survey se ha combinado con otros censos para más que doblar la población conocida de estas diminutas galaxias. El total actual es ahora más de 50.

Se muestra el resultado de dos simulaciones numéricas que predicen la distribución de la materia oscura alrededor de una galaxia similar a nuestra Vía Láctea. El recuadro izquierdo asume que las partículas de materia oscura se movían rápidamente en el universo temprano (materia oscura cálida), mientras que el recuadro derecho asume que las partículas de materia oscura se movían lentamente (materia oscura fría). (Foto: Bullock y Boylan-Kolchin (2017); simulaciones de V. Robles, T. Kelley y B. Bozek, en colaboración con Bullock y Boylan-Kolchin)

“El análisis del Dark Energy Survey ha añadido una nueva y rigurosa prueba al paradigma cosmológico estándar y pone fuertes restricciones a varios modelos alternativos sobre la materia oscura”, dijo el portavoz del Dark Energy Survey, Rich Kron, un científico de la Universidad de Chicago y del Fermilab. “Este es un ejemplo fantástico de cómo las observaciones cosmológicas de lo muy grande pueden ayudar a los experimentos de física de partículas que estudian lo muy pequeño”.

La materia oscura constituye el 85% de la materia del universo, pero aún no la hemos detectado directamente en el laboratorio. Los efectos gravitatorios de la materia oscura son indirecta pero claramente visibles en los movimientos de las estrellas en las galaxias, en la distribución de las galaxias en el universo, e incluso en la cantidad de elementos ligeros. Las sólidas pruebas astronómicas de la existencia de materia oscura han motivado muchas búsquedas experimentales aquí en la Tierra, utilizando instrumentos que van desde detectores criogénicos enterrados en las profundidades del subsuelo hasta colisionadores de partículas energéticas.

“Las galaxias más débiles están entre las herramientas más valiosas que tenemos para aprender sobre la materia oscura porque son sensibles simultáneamente a varias de sus propiedades fundamentales”, dijo Ethan Nadler, el autor principal del estudio y estudiante de postgrado en la Universidad de Stanford y SLAC.

Al combinar el censo observado de galaxias enanas con simulaciones cosmológicas avanzadas de la distribución de la materia oscura alrededor de la Vía Láctea, los científicos pudieron predecir cómo las propiedades físicas de la materia oscura afectarían al número de galaxias pequeñas. Las galaxias pequeñas se forman en regiones en las que la densidad de materia oscura en el universo temprano es muy ligeramente superior a la media. Los procesos físicos que suavizan estas regiones de mayor densidad (si la materia oscura se mueve demasiado rápido o gana energía debido a las interacciones con la materia normal) o que evitan que las variaciones de densidad colapsen para formar galaxias (gracias a los efectos de interferencia cuántica) reducirían el número de galaxias observadas por el Dark Energy Survey.

“Es emocionante ver el problema de la materia oscura atacado desde tantos ángulos experimentales diferentes”, dijo el científico de la Universidad de Chicago y del Fermilab Alex Drlica-Wagner, colaborador de la Dark Energy Survey y uno de los autores principales del documento. “Esta es una medida hito para el DES, y tengo muchas esperanzas de que futuros censos cosmológicos nos ayuden a llegar al fondo de lo que es la materia oscura”.