{"id":1942,"date":"2025-09-18T09:00:07","date_gmt":"2025-09-18T06:00:07","guid":{"rendered":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/?p=1942"},"modified":"2025-11-20T13:04:43","modified_gmt":"2025-11-20T10:04:43","slug":"la-composicion-y-estructura-de-la-materia-oscura-teorias-y-misterios","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/2025\/09\/18\/la-composicion-y-estructura-de-la-materia-oscura-teorias-y-misterios\/","title":{"rendered":"La composici\u00f3n y estructura de la materia oscura: teor\u00edas y misterios"},"content":{"rendered":"

Seg\u00fan el equipo de investigaci\u00f3n, sus resultados tambi\u00e9n les permiten determinar con mayor precisi\u00f3n qu\u00e9 proporci\u00f3n de la energ\u00eda y la materia del Universo corresponde a energ\u00eda oscura. Llegaron a estas conclusiones tras analizar las observaciones de c\u00famulos de galaxias realizadas por el telescopio de rayos X eROSITA, que escanea todo el cielo terrestre en busca de c\u00famulos de galaxias detectables. eROSITA est\u00e1 montado en el Spektr-RG, un telescopio espacial ruso-alem\u00e1n lanzado a la \u00f3rbita terrestre en 2019.<\/span><\/p>\n

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Los f\u00edsicos propusieron por primera vez la existencia de materia oscura en 1933, en parte porque las ecuaciones demostraban que las galaxias carec\u00edan de materia observable que impidiera su desintegraci\u00f3n. Adem\u00e1s, las velocidades de rotaci\u00f3n observadas de las galaxias no coincid\u00edan con los resultados esperados de los modelos f\u00edsicos est\u00e1ndar.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Las investigaciones posteriores se retrasaron en gran medida hasta la d\u00e9cada de 1970, cuando instrumentos cient\u00edficos m\u00e1s sofisticados, desde detectores de rayos gamma hasta telescopios espaciales, permitieron a los astr\u00f3nomos y f\u00edsicos confirmar c\u00e1lculos y observaciones anteriores.<\/span><\/p>\n

Los potentes radiotelescopios tambi\u00e9n han proporcionado pistas, como la lente gravitacional (un efecto en el que la materia hace que la luz se desv\u00ede entre la fuente y el observador), y han proporcionado evidencia convincente de la existencia de materia que podemos detectar, pero no ver. La clave es que no podemos verla; no interact\u00faa con la luz.<\/span><\/p>\n

Todo lo que ves, todo lo que sientes, todo lo que est\u00e1s hecho constituye s\u00f3lo el 5 por ciento del universo, el resto es materia oscura.<\/span><\/p>\n

Los f\u00edsicos han calculado que aproximadamente el 27 por ciento del universo entero est\u00e1 formado por materia oscura, y el resto (68 por ciento) es un fen\u00f3meno igualmente misterioso llamado energ\u00eda oscura.<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

La parte invisible del Universo consta de dos componentes: la energ\u00eda oscura y la materia oscura. Esta \u00faltima es algo menos misteriosa, y los cient\u00edficos est\u00e1n pr\u00e1cticamente seguros de su existencia: sin ella, las leyes de la gravedad simplemente no funcionar\u00edan.<\/span><\/strong><\/span>\u00a0<\/span>Las galaxias, tal como las vemos, no habr\u00edan podido agruparse hasta alcanzar su tama\u00f1o actual desde el Big Bang si solo existiera materia visible. Es m\u00e1s, muchas galaxias ni siquiera podr\u00edan mantenerse unidas si la gravedad de la materia visible fuera la \u00fanica fuerza que las atrajera.<\/span><\/p>\n

El nuevo telescopio espacial europeo, Euclid, intentar\u00e1 cartografiar esta materia invisible, pero \u00bfqu\u00e9 pasa si los resultados no cumplen las expectativas? Hay mucho en juego, incluida la famosa y ampliamente aceptada teor\u00eda de la relatividad general de Einstein.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, la situaci\u00f3n con la energ\u00eda oscura es m\u00e1s compleja. El descubrimiento de esta esquiva fuerza se remonta a 1998, cuando los astr\u00f3nomos descubrieron que la expansi\u00f3n del universo se estaba acelerando. Esta expansi\u00f3n fue impulsada inicialmente por la energ\u00eda del Big Bang, pero dado que este ocurri\u00f3 hace tanto tiempo (hace 13.800 millones de a\u00f1os, para ser precisos), esta expansi\u00f3n deber\u00eda estar desaceler\u00e1ndose.<\/span><\/p>\n

Para resolver este misterio, los te\u00f3ricos han propuesto la existencia de una fuerza misteriosa \u2014la energ\u00eda oscura\u2014 que resiste la gravedad y separa la materia. Seg\u00fan los modelos cosmol\u00f3gicos, la energ\u00eda oscura constituye el 68 % de toda la energ\u00eda del cosmos, seg\u00fan la NASA. Sin embargo, los astr\u00f3nomos reconocen que la evidencia de su existencia es bastante vaga.<\/span><\/p>\n

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\nLos astr\u00f3nomos esperan detectar rastros de energ\u00eda oscura en la distribuci\u00f3n de galaxias en el espacio mapeada por la misi\u00f3n Euclid.<\/span><\/em><\/p>\n

Los modelos muestran que esta energ\u00eda deber\u00eda distribuirse uniformemente por todo el universo y que su intensidad siempre ha sido la misma. En los albores del universo, la influencia de la energ\u00eda oscura no era tan perceptible, ya que el impulso inicial del Big Bang impuls\u00f3 la mayor parte de la expansi\u00f3n del universo. Sin embargo, hace unos 5000 o 6000 millones de a\u00f1os, la energ\u00eda oscura se convirti\u00f3 en la fuerza dominante, contrarrestando la gravedad tanto de la materia ordinaria como de la oscura.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, tambi\u00e9n existe la posibilidad de que la energ\u00eda oscura no exista en absoluto y de que los modelos cosmol\u00f3gicos que predicen su existencia sean incorrectos. Estos modelos se basan en la teor\u00eda general de la relatividad de Albert Einstein, que describe las \u00abreglas\u00bb f\u00edsicas del universo mediante una serie de ecuaciones. Si futuras observaciones del telescopio Euclidiano (y otros telescopios dise\u00f1ados para estudiar la energ\u00eda oscura) revelan que esta no es una fuerza tan constante y omnipresente, significar\u00eda que esta famosa teor\u00eda no es del todo correcta.<\/span><\/p>\n

Euclid buscar\u00e1 evidencia de la energ\u00eda oscura cartografiando la distribuci\u00f3n de las galaxias hace 10 mil millones de a\u00f1os y comparando c\u00f3mo ha cambiado esta distribuci\u00f3n a lo largo de la evoluci\u00f3n del universo. Estas observaciones revelar\u00e1n si realmente existe una fuerza constante y omnipresente, o si interviene algo m\u00e1s.<\/span><\/p>\n

En t\u00e9rminos generales, podemos medir la materia y la energ\u00eda en el Universo observ\u00e1ndolas en una de cuatro interacciones:<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

\u2014 Con radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica (luz)<\/span>
\n\u2014 A trav\u00e9s de efectos gravitacionales<\/span>
\n\u2014 Con otra materia a trav\u00e9s de la fuerza nuclear fuerte, que mantiene unida a la materia<\/span>
\n\u2014 La fuerza nuclear d\u00e9bil, o la interacci\u00f3n de part\u00edculas subat\u00f3micas, responsable de la desintegraci\u00f3n radiactiva<\/span><\/p>\n

La materia oscura elude la mayor\u00eda de estas observaciones porque no parece interactuar con la materia ordinaria en absoluto, salvo a trav\u00e9s de la gravedad. Pero esto no impide que los f\u00edsicos descarten otros m\u00e9todos.<\/span><\/p>\n

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\nEste corredor conduce al Laboratorio de Investigaci\u00f3n Subterr\u00e1nea de Jadugoda, en India. Ubicado a 560 metros bajo la superficie, este laboratorio buscar\u00e1 part\u00edculas masivas de interacci\u00f3n d\u00e9bil (WIMPS), que indican la existencia de materia oscura.<\/span><\/em><\/p>\n

Una de las \u00e1reas de investigaci\u00f3n de Brown es el estudio de las interacciones de la materia oscura con la materia ordinaria en forma de is\u00f3topos l\u00edquidos de xen\u00f3n. El xen\u00f3n-124 tiene una vida media de aproximadamente un bill\u00f3n de veces la edad del universo. Enormes dep\u00f3sitos de esta sustancia se bombean a pozos profundos en la corteza terrestre para limitar el ruido de fondo, como la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica, que podr\u00eda interferir con las mediciones. Solo la materia oscura y ciertas part\u00edculas subat\u00f3micas, como los muones y los neutrinos, pueden atravesar miles de metros de roca densa.<\/span><\/p>\n

En teor\u00eda, solo la desintegraci\u00f3n radiactiva natural, excepcionalmente lenta, del xen\u00f3n-124 o las interacciones con muones, neutrinos o materia oscura podr\u00edan causar cambios en el is\u00f3topo. Si una part\u00edcula subat\u00f3mica de materia oscura expulsa un electr\u00f3n del xen\u00f3n-124, se espera que el experimento Xenon1T lo detecte.<\/span><\/p>\n

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\nEl experimento se est\u00e1 llevando a cabo a gran profundidad para evitar la exposici\u00f3n a la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica. XENON1T<\/span><\/em><\/p>\n

Aunque los cient\u00edficos de la materia oscura a\u00fan no han detectado interacciones directas con las esquivas part\u00edculas subat\u00f3micas, sin duda han realizado una serie de otras observaciones interesantes, incluida la desintegraci\u00f3n del xen\u00f3n-124, el evento m\u00e1s raro jam\u00e1s registrado en la historia de la humanidad.<\/span><\/p>\n

Sabemos m\u00e1s sobre lo que no es la materia oscura que sobre lo que es. En primer lugar, no es energ\u00eda oscura. Es una forma de energ\u00eda, cuya existencia tambi\u00e9n se ha demostrado indirectamente, pero que probablemente existe porque el universo se expande a un ritmo acelerado, en contra de las leyes de la f\u00edsica que rigen la materia y la energ\u00eda ordinarias.<\/span><\/p>\n

Y la materia oscura no es antimateria, que es materia ordinaria compuesta de part\u00edculas subat\u00f3micas con una carga directamente opuesta a la de la materia. Cuando la antimateria y la materia colisionan, se aniquilan, generando r\u00e1fagas de radiaci\u00f3n gamma. La materia oscura tambi\u00e9n puede emitir radiaci\u00f3n gamma al colisionar con su contraparte, la antimateria oscura, formando materia ordinaria.<\/span><\/p>\n

Y finalmente, la materia oscura no es simplemente otra clase de las tres familias de materia ordinaria, como los hadrones, los leptones o los bosones, los dos \u00faltimos de los cuales eran previamente te\u00f3ricos pero finalmente han sido detectados directamente en aceleradores de part\u00edculas y se comportan de manera diferente a lo que esperamos.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, los leptones y los bosones nos dan una pista sobre el futuro. La materia oscura parece ser una forma de materia compuesta por una o varias clases de part\u00edculas subat\u00f3micas completamente diferentes. Una de las m\u00e1s prometedoras es la WIMP (part\u00edcula masiva de interacci\u00f3n d\u00e9bil).<\/span><\/p>\n

A pesar de su nombre impreciso, se cree que las WIMP tienen una masa 1000 veces mayor que la de los protones en la materia ordinaria. Y la teor\u00eda que describe su funcionamiento es perfectamente coherente con los c\u00e1lculos de la cantidad de materia oscura en el universo.<\/span><\/p>\n

Pero las WIMP est\u00e1n lejos de ser la \u00fanica teor\u00eda que se puede considerar. Tambi\u00e9n existen agujeros negros primordiales, que son esencialmente peque\u00f1os agujeros negros remanentes del Big Bang. Sin embargo, los investigadores no han observado microlente gravitacional en ellos, lo que descarta la posibilidad de que parte de la masa de los agujeros negros primordiales pueda ser materia oscura.<\/span><\/p>\n

Luego est\u00e1n las consideraciones te\u00f3ricas sobre part\u00edculas como las SIMP y los axiones, y otras innumerables pistas potenciales.<\/span><\/p>\n

Por supuesto, investigar cuando no se puede observar lo que se cree que existe, o no necesariamente existe, puede ser bastante tedioso. Por ejemplo, investigadores de la Universidad de Yale han descubierto dos galaxias que no contienen materia oscura. Esta investigaci\u00f3n sugiere algunas posibilidades intrigantes sobre c\u00f3mo funciona la materia oscura en el universo: la materia oscura interact\u00faa con la materia ordinaria mediante un mecanismo que actualmente desconocemos: la llamada \u00abfuerza oscura\u00bb o quinta fuerza del universo.<\/span><\/p>\n

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\nImagen compuesta de telescopios \u00f3pticos y de rayos X, con la probable materia oscura resaltada en azul, aunque no es directamente visible en las im\u00e1genes. Peter van Dokkum\/Universidad de Yale<\/span><\/em><\/p>\n

Otra idea es que la materia oscura interact\u00faa a trav\u00e9s de m\u00e1s fuerzas conocidas que s\u00f3lo la gravedad, pero lo hace con una fuerza de interacci\u00f3n tan d\u00e9bil que simplemente todav\u00eda no tenemos los medios para detectar se\u00f1ales de manera confiable.<\/span><\/p>\n

Durante los \u00faltimos 50 a\u00f1os, la f\u00edsica de part\u00edculas se ha centrado en descomponer el universo en sus componentes m\u00e1s peque\u00f1os. Actualmente, la materia oscura no encaja en algunas ideas sobre el funcionamiento del universo, en particular en el modelo est\u00e1ndar de la f\u00edsica de part\u00edculas.<\/span><\/p>\n

Adem\u00e1s, la f\u00edsica fundamental de part\u00edculas, incluida la b\u00fasqueda de materia oscura, ya ha generado avances tecnol\u00f3gicos significativos. Muchas de las herramientas de detecci\u00f3n utilizadas en este campo son ampliamente aplicables a otros campos, como la imagenolog\u00eda m\u00e9dica o la seguridad nuclear.<\/span><\/p>\n

Internet, por ejemplo, se cre\u00f3 en parte porque los f\u00edsicos te\u00f3ricos del CERN quer\u00edan encontrar nuevas formas de intercambiar datos. Mientras tanto, el GPS se basa en cierta medida en la teor\u00eda general de la relatividad de Einstein, que explica c\u00f3mo la gravedad curva el espacio y el tiempo.<\/span><\/p>\n

La materia oscura parece estar distribuida por el cosmos como una red, form\u00e1ndose c\u00famulos de galaxias en los nodos donde se intersecan los filamentos. La materia oscura no interact\u00faa con la luz, por lo que no podemos verla directamente. En cambio, los cient\u00edficos detectan su presencia mediante su influencia gravitacional sobre los objetos visibles.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

A continuaci\u00f3n se presentan algunas pruebas clave de la existencia de materia oscura:<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

1. Curvas de rotaci\u00f3n de galaxias<\/span><\/p>\n

Cuando los astr\u00f3nomos miden la velocidad de rotaci\u00f3n de las estrellas alrededor del centro de las galaxias, descubren algo extra\u00f1o. Las estrellas en los bordes de las galaxias se mueven mucho m\u00e1s r\u00e1pido de lo que deber\u00edan si solo hubiera materia visible. Esto sugiere que algo invisible \u2014la materia oscura\u2014 est\u00e1 aumentando la masa de la galaxia e impidiendo que estas estrellas escapen al espacio.<\/span><\/p>\n

2. Lente gravitacional<\/span><\/p>\n

Seg\u00fan la teor\u00eda general de la relatividad de Einstein, los objetos masivos pueden desviar la trayectoria de la luz. A medida que la luz de galaxias distantes viaja hacia nosotros, a veces pasa cerca de c\u00famulos invisibles de materia oscura, que desv\u00edan su trayectoria mediante un fen\u00f3meno llamado lente gravitacional. Al estudiar c\u00f3mo los c\u00famulos de galaxias distorsionan la luz, los astr\u00f3nomos han podido cartografiar la materia oscura del universo.<\/span><\/p>\n

3. Radiaci\u00f3n c\u00f3smica reliquia (RCR)<\/span><\/p>\n

El fondo c\u00f3smico de microondas (CMB) es la radiaci\u00f3n remanente del Big Bang que contiene peque\u00f1as fluctuaciones de temperatura que revelan la distribuci\u00f3n de la materia en el universo primitivo. La naturaleza de estas fluctuaciones solo tiene sentido si la materia oscura ya exist\u00eda e influy\u00f3 en la condensaci\u00f3n de la materia ordinaria.<\/span><\/p>\n

4. Estructura a gran escala del Universo<\/span><\/p>\n

Las simulaciones por computadora de la evoluci\u00f3n del Universo muestran que las galaxias y los c\u00famulos de galaxias se forman de esta manera solo en presencia de cantidades masivas de materia oscura. Sin ella, las estructuras ser\u00edan mucho m\u00e1s peque\u00f1as y dispersas.<\/span><\/p>\n

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\nUn misterioso resplandor que emana del centro de la V\u00eda L\u00e1ctea podr\u00eda deberse a la destrucci\u00f3n de materia oscura. Mattia Di Mauro (ESO\/Fermi-Lat)<\/span><\/em><\/p>\n

A continuaci\u00f3n se presentan algunos de los principales candidatos a materia oscura:<\/span><\/strong><\/em><\/p>\n

1. WIMP (part\u00edculas masivas de interacci\u00f3n d\u00e9bil)<\/span><\/p>\n

Estas part\u00edculas hipot\u00e9ticas se encuentran entre las principales contendientes. Poseen masa e interact\u00faan mediante la gravedad y posiblemente la fuerza nuclear d\u00e9bil, pero no mediante la luz ni el electromagnetismo, lo que las hace invisibles. Grandes detectores subterr\u00e1neos intentan detectar una de estas esquivas part\u00edculas en acci\u00f3n, pero hasta el momento no han tenido \u00e9xito.<\/span><\/p>\n

2. Axiones<\/span><\/p>\n

Los axiones son part\u00edculas ultraligeras que pueden existir en grandes cantidades y actuar como un fluido fr\u00edo e invisible en el espacio. Son otro candidato s\u00f3lido para la materia oscura, en particular porque podr\u00edan ayudar a resolver otros misterios de la f\u00edsica, como el problema de la composici\u00f3n CP fuerte en la f\u00edsica de part\u00edculas.<\/span><\/p>\n

3. Neutrinos est\u00e9riles<\/span><\/p>\n

Los neutrinos son part\u00edculas fantasmales que apenas interact\u00faan con la materia. Los neutrinos est\u00e9riles ser\u00edan a\u00fan m\u00e1s esquivos que los ordinarios y, de existir, podr\u00edan explicar parcial o totalmente la materia oscura.<\/span><\/p>\n

4. Agujeros negros primordiales<\/span><\/p>\n

Algunos cient\u00edficos especulan que la materia oscura podr\u00eda estar compuesta por diminutos agujeros negros que se formaron en el universo primitivo. Estos ser\u00edan peque\u00f1os y dif\u00edciles de detectar, pero su existencia sigue siendo improbable.<\/span><\/p>\n

Una nueva t\u00e9cnica experimental ha limitado un posible candidato a materia oscura llamado \u00abfotones oscuros\u00bb. Este nuevo m\u00e9todo podr\u00eda ayudar a los cient\u00edficos a esclarecer la sustancia m\u00e1s misteriosa del universo al limitar la b\u00fasqueda de un candidato espec\u00edfico a materia oscura: los \u00abfotones oscuros\u00bb ocultos.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

La materia oscura constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo, pero debido a que no interact\u00faa con la luz, o lo hace de forma muy d\u00e9bil, permanece pr\u00e1cticamente invisible. El hecho de que la materia oscura no parezca interactuar electromagn\u00e9ticamente significa que los cient\u00edficos saben que no puede estar compuesta por los \u00e1tomos que componen la materia \u00abordinaria\u00bb, es decir, la que forma las estrellas, los planetas y nuestros cuerpos. La investigaci\u00f3n del equipo se public\u00f3 en junio de 2023 en la revista Physical Review Letters.<\/span><\/p>\n

El misterio de la materia oscura es un tema urgente para los cient\u00edficos, ya que significa que la materia observable representa solo el 15 % de toda la materia del cosmos, sin contar la energ\u00eda. Esto ha llevado a la b\u00fasqueda de posibles candidatos a materia oscura, como los llamados fotones \u00abocultos\u00bb u \u00aboscuros\u00bb.<\/span><\/p>\n

Estos fotones oscuros se diferenciar\u00e1n de los fotones ordinarios, las part\u00edculas sin masa que componen la luz, porque te\u00f3ricamente se espera que los fotones oscuros tengan masa. Sin embargo, la masa de los fotones oscuros ser\u00e1 insignificante, aproximadamente veinte \u00f3rdenes de magnitud menor que la masa de un electr\u00f3n. Es esta naturaleza ultraligera la que hace que los fotones oscuros sean buenos candidatos para la materia oscura, pero tambi\u00e9n los hace incre\u00edblemente dif\u00edciles de detectar.<\/span><\/p>\n

Los fotones oscuros se propusieron inicialmente como candidatos a materia oscura porque, en teor\u00eda, interactuaban d\u00e9bilmente con los fotones ordinarios, lo que significa que podr\u00edan haber contribuido al calentamiento del universo primitivo. Esto explica por qu\u00e9 la red c\u00f3smica, la estructura a gran escala del universo que conecta las galaxias, era m\u00e1s caliente de lo previsto por las observaciones del Telescopio Espacial Hubble.<\/span><\/p>\n

Investigadores del Instituto Tecnol\u00f3gico de California (Caltech) han desarrollado un nuevo m\u00e9todo para detectar fotones oscuros. Si bien esta nueva estrategia a\u00fan no ha detectado ninguna part\u00edcula hipot\u00e9tica, ha limitado sus caracter\u00edsticas, lo que facilitar\u00e1 la investigaci\u00f3n futura.<\/span><\/p>\n

\u00abLa sensibilidad de un experimento de fotones ocultos en materia oscura depende de la intensidad de la se\u00f1al de materia oscura en comparaci\u00f3n con la se\u00f1al m\u00e1s peque\u00f1a que se pueda detectar\u00bb, dijo a Phys.org Nikita Klimovich, miembro del equipo e investigadora del Departamento de F\u00edsica de la Universidad de Oxford.<\/span><\/p>\n

\u00abAl buscar fotones ocultos, la amplitud de la se\u00f1al de materia oscura depende del \u00e1rea de la antena met\u00e1lica utilizada, mientras que el nivel m\u00ednimo de se\u00f1al detectable est\u00e1 determinado en gran medida por el nivel de ruido de los amplificadores utilizados para leer la se\u00f1al de la antena\u00bb, a\u00f1adi\u00f3 Klimovich.<\/span><\/p>\n

La b\u00fasqueda de fotones oscuros por parte del equipo se inspir\u00f3 en un intento previo de buscar materia oscura oculta, el experimento SHUKET, que utiliz\u00f3 un telescopio electromagn\u00e9tico. Estudios previos que inspiraron este trabajo, como el experimento SHUKET, generalmente buscaban maximizar la potencia de la se\u00f1al mediante una antena de gran tama\u00f1o con los mejores amplificadores de bajo ruido disponibles comercialmente.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, en el nuevo estudio, el equipo adopt\u00f3 un enfoque diferente: utiliz\u00f3 amplificadores confinados cu\u00e1nticamente en lugar de los est\u00e1ndar y busc\u00f3 fotones oscuros a temperaturas incre\u00edblemente bajas. Los estudiaron a temperaturas que oscilaban entre -459 grados Fahrenheit (-272,9 grados Celsius) y -459,6682 grados Fahrenheit (-273,149 grados Celsius), que es solo una fracci\u00f3n de grado por encima de la temperatura te\u00f3ricamente m\u00e1s baja posible: el cero absoluto.<\/span><\/p>\n

Si bien esto permiti\u00f3 a los cient\u00edficos reducir significativamente los niveles m\u00ednimos de se\u00f1al detectables en comparaci\u00f3n con otros experimentos con equipos est\u00e1ndar, este m\u00e9todo presentaba una seria desventaja. El peque\u00f1o volumen del aislamiento de vac\u00edo del criostato, que los cient\u00edficos utilizaban para refrigerar su aparato, limitaba considerablemente el tama\u00f1o del recipiente met\u00e1lico esf\u00e9rico que pod\u00edan utilizar en su investigaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Si bien esto signific\u00f3 una se\u00f1al mucho m\u00e1s d\u00e9bil que la detectada por SHUKET y otros experimentos de materia oscura, el equipo esperaba que esta deficiencia se compensara con la mayor sensibilidad de las mediciones que recolectaron.<\/span><\/p>\n

\u00abSi existiera un fot\u00f3n oculto con una masa correspondiente al rango de frecuencia al que somos sensibles, observar\u00edamos un ligero exceso de potencia proveniente de la antena en comparaci\u00f3n con la referencia\u00bb, dijo Klimovich. \u00abComo no observamos dicha se\u00f1al, pudimos establecer un nuevo l\u00edmite superior para la interacci\u00f3n de dicha part\u00edcula de fot\u00f3n oculto con un campo electromagn\u00e9tico, bas\u00e1ndonos en el nivel de se\u00f1al m\u00e1s bajo que pudimos detectar\u00bb.<\/span><\/p>\n

Aunque la se\u00f1al del fot\u00f3n oscuro no estaba presente en las mediciones del equipo, el enfoque adoptado por los cient\u00edficos impuso nuevas y estrictas restricciones a los fotones te\u00f3ricamente ocultos. A medida que contin\u00faa la b\u00fasqueda de candidatos a materia oscura, estas restricciones y el nuevo enfoque podr\u00edan, en \u00faltima instancia, contribuir al descubrimiento de los fotones oscuros y, por ende, a resolver el misterio de la materia oscura.<\/span><\/p>\n

Algunos cient\u00edficos especulan que la materia oscura podr\u00eda consistir en diminutos agujeros negros formados por el colapso de los llamados \u00abbariones oscuros\u00bb. Alternativamente, la materia oscura podr\u00eda ser un tipo de part\u00edcula creada por la radiaci\u00f3n de Hawking en el horizonte c\u00f3smico.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Durante d\u00e9cadas, las WIMP (part\u00edculas masivas de interacci\u00f3n d\u00e9bil) se consideraron las principales candidatas a materia oscura. Sin embargo, a medida que la b\u00fasqueda de WIMP se estanca y los experimentos siguen fracasando, surgen nuevas teor\u00edas sobre la materia oscura. Entre ellas se encuentran dos nuevos modelos desarrollados por Stefano Profumo, profesor de f\u00edsica te\u00f3rica de la Universidad de California en San Diego, cuyas ideas ofrecen una perspectiva completamente diferente sobre el problema de la materia oscura.<\/span><\/p>\n

En uno de sus art\u00edculos, Profumo considera si un \u00absector oscuro\u00bb podr\u00eda ser la fuente de la materia oscura. Con \u00absector oscuro\u00bb, no se refiere a que nuestro universo est\u00e9 gobernado por materia y energ\u00eda oscuras. Se refiere, en cambio, a una especie de \u00abmundo espejo\u00bb de part\u00edculas que interact\u00faan mediante fuerzas que escapan al control de la materia en nuestro mundo. La hip\u00f3tesis de Profumo sobre el sector oscuro y el agujero negro se public\u00f3 el 9 de mayo de 2024 en Physical Review D, y su modelo de horizonte c\u00f3smico se public\u00f3 en la misma revista el 8 de julio.<\/span><\/p>\n

Profumo argumenta que este concepto no es tan extra\u00f1o como podr\u00eda parecer. Por ejemplo, enfatiza c\u00f3mo los quarks dentro de los protones y neutrones est\u00e1n unidos por la fuerza nuclear fuerte. Los electrones son completamente insensibles a la fuerza nuclear fuerte. No la sienten en absoluto. Para ellos, la fuerza nuclear fuerte es un reino oscuro.<\/span><\/p>\n

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\nDiagrama de la historia del Universo y la ubicaci\u00f3n del horizonte c\u00f3smico. Los efectos cu\u00e1nticos en el horizonte podr\u00edan haber propiciado la aparici\u00f3n de la materia oscura en el Universo primitivo. Stefano Profumo<\/span><\/em><\/p>\n

Seg\u00fan Profumo, los bariones oscuros ser\u00edan equivalentes a los protones o neutrones en este sector oscuro, excepto que podr\u00edan contener m\u00e1s de tres quarks y por lo tanto ser m\u00e1s masivos.<\/span><\/p>\n

El siguiente paso en la teor\u00eda del investigador se inspir\u00f3 en su hijo adolescente, quien se preguntaba si una part\u00edcula lo suficientemente masiva podr\u00eda colapsar bajo su propia gravedad y formar un miniagujero negro. Los bariones oscuros en el sector oscuro, si existen, podr\u00edan ser lo suficientemente masivos como para causar precisamente eso, y estos diminutos agujeros negros podr\u00edan ser comunes en todo el universo y, en conjunto, formar lo que llamamos materia oscura.<\/span><\/p>\n

Los agujeros negros, grandes o peque\u00f1os, est\u00e1n rodeados por un l\u00edmite invisible llamado horizonte de sucesos, dentro del cual la gravedad es tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar. Sin embargo, el horizonte de sucesos es \u00abcaliente\u00bb: las part\u00edculas creadas en el l\u00edmite por efectos cu\u00e1nticos pueden emitir lo que llamamos radiaci\u00f3n de Hawking (llamada as\u00ed por el renombrado f\u00edsico Stephen Hawking, a quien se atribuye la idea). Con el tiempo, la radiaci\u00f3n de Hawking le quita masa y energ\u00eda al agujero negro, provocando su evaporaci\u00f3n gradual. Para los agujeros negros supermasivos, esto tomar\u00eda un tiempo inimaginablemente largo: al menos 10^100 a\u00f1os. Sin embargo, los agujeros negros en las escalas m\u00e1s peque\u00f1as, a las que llamamos escala de Planck, pueden evaporarse en un tiempo menor que la edad del universo.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, si se hacen ciertas suposiciones sobre la naturaleza de estos agujeros negros formados por el colapso de bariones oscuros, entonces se puede suprimir su radiaci\u00f3n de Hawking, evitando que se evaporen y permiti\u00e9ndoles actuar como materia oscura.<\/span><\/p>\n

Mientras tanto, otra de las ideas de Profumo tambi\u00e9n utiliza el concepto de radiaci\u00f3n de Hawking, pero de una forma completamente nueva.<\/span><\/p>\n

Vivimos en un universo que se expande a un ritmo acelerado, arrastrando consigo regiones del espacio tan distantes que su luz jam\u00e1s nos alcanzar\u00e1. Esto nos lleva a una frontera, u horizonte c\u00f3smico, que define el l\u00edmite del universo visible. M\u00e1s all\u00e1 de este horizonte, puede que haya mucho m\u00e1s universo, pero nunca lo veremos.<\/span><\/p>\n

Volvamos ahora al Big Bang. El universo comenz\u00f3 con un estallido de energ\u00eda expansiva conocido como inflaci\u00f3n. Este per\u00edodo de inflaci\u00f3n dur\u00f3 una diminuta fracci\u00f3n de segundo. Sin embargo, algunos modelos tambi\u00e9n sugieren que, tras la inflaci\u00f3n, se produjo un segundo y breve estallido de energ\u00eda expansiva. En esencia, este per\u00edodo de miniinflaci\u00f3n podr\u00eda estar relacionado con la inflaci\u00f3n y su fin, o podr\u00eda estar causado por factores similares.<\/span><\/p>\n

Este segundo per\u00edodo de expansi\u00f3n cre\u00f3 horizontes c\u00f3smicos similares al que bordea el universo visible actual. Sin embargo, el universo visible actual tiene un di\u00e1metro de 93 mil millones de a\u00f1os luz, con la Tierra en su centro (el concepto de universo \u00abvisible\u00bb depende en gran medida del observador: observadores en diferentes partes del espacio ver\u00e1n diferentes vol\u00famenes del universo observable centrado a su alrededor). El vasto tama\u00f1o del universo visible implica que la temperatura en el horizonte c\u00f3smico es muy baja, ya que el espacio mismo se ha vuelto altamente distribuido.<\/span><\/p>\n

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\nEsta imagen compuesta muestra la distribuci\u00f3n de materia oscura, galaxias y gas caliente en el n\u00facleo del c\u00famulo de galaxias en fusi\u00f3n Abell 520, formado por la violenta colisi\u00f3n de c\u00famulos de galaxias masivos. Las \u00e1reas azules indican la ubicaci\u00f3n de la mayor parte de la masa del c\u00famulo, dominada por materia oscura. NASA, ESA, CFHT, CXO, MJ Jee, A. Mahdavi<\/span><\/em><\/p>\n

Sin embargo, durante el segundo estallido de inflaci\u00f3n, el Universo todav\u00eda era incre\u00edblemente compacto y la temperatura en el horizonte todav\u00eda era extremadamente alta.<\/span><\/p>\n

Profumo se dio cuenta de que estos horizontes c\u00f3smicos tempranos podr\u00edan actuar como horizontes de eventos; de hecho, el concepto recuerda un poco a un agujero negro, pero a la inversa, ya que todo lo que est\u00e1 m\u00e1s all\u00e1 del horizonte c\u00f3smico est\u00e1 separado de nosotros para siempre, al igual que todo lo que est\u00e1 dentro del horizonte de eventos de un agujero negro est\u00e1 separado de nosotros. Y, al igual que la radiaci\u00f3n de Hawking es emitida por el horizonte de eventos de un agujero negro, Profumo plante\u00f3 la hip\u00f3tesis de que el horizonte c\u00f3smico tambi\u00e9n podr\u00eda experimentar la radiaci\u00f3n de Hawking, y que la energ\u00eda de esta radiaci\u00f3n podr\u00eda convertirse en alg\u00fan tipo de part\u00edcula de materia oscura.<\/span><\/p>\n

Esto puede parecer algo arbitrario, ya que la posici\u00f3n del horizonte c\u00f3smico depende de la ubicaci\u00f3n del observador. Sin embargo, dado que el universo es homog\u00e9neo (igual en cada punto a gran escala) e is\u00f3tropo (igual en todas las direcciones) \u2014dos verdades que llamamos principio cosmol\u00f3gico\u2014, dos observadores cualesquiera deber\u00edan ver la misma cantidad de materia oscura, independientemente de su ubicaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Profumo no afirma que la materia oscura deba ser necesariamente una de estas dos posibilidades; de hecho, el hecho de que haya desarrollado dos teor\u00edas implica que no desea vincular sus colores a ninguna teor\u00eda en particular.<\/span><\/p>\n

Lo \u00fanico que sabemos con certeza sobre la materia oscura es que interact\u00faa mediante la gravedad y, sin embargo, a pesar de su enigma, domina por completo c\u00f3mo la materia del universo se agrupa en galaxias. Ha pasado casi un siglo desde que Fritz Zwicky propuso por primera vez su existencia, y aproximadamente medio siglo desde que Vera Rubin confirm\u00f3 la necesidad de la materia oscura en nuestro universo, pero a\u00fan desconocemos su existencia. Los experimentos pueden acotar sus propiedades, as\u00ed que cuantas m\u00e1s ideas tengamos, m\u00e1s probable ser\u00e1 que coincidamos con las propiedades observadas de la materia oscura.<\/span><\/p>\n

Algunos investigadores han sugerido que la materia oscura no existe en absoluto; quiz\u00e1s nuestra comprensi\u00f3n de la gravedad se desmorona a gran escala. Una de las teor\u00edas alternativas m\u00e1s destacadas se denomina Din\u00e1mica Newtoniana Modificada (MOND). Esta corrige el comportamiento de la gravedad a aceleraciones muy bajas, como en las afueras de las galaxias.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Sin embargo, la teor\u00eda MOND y teor\u00edas similares no pueden explicar todos los datos disponibles, especialmente los patrones detallados del fondo c\u00f3smico de microondas y la lente gravitacional. Por ello, la mayor\u00eda de los cient\u00edficos a\u00fan creen que la materia oscura es una sustancia real que a\u00fan no podemos detectar directamente.<\/span><\/p>\n

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\nLa materia oscura no interact\u00faa con la luz, por lo que no podemos verla directamente. En cambio, los cient\u00edficos detectan su presencia mediante su influencia gravitacional sobre los objetos visibles.<\/span><\/em><\/p>\n

Los cosm\u00f3logos generalmente creen que la respuesta es que la materia oscura explica el comportamiento de las galaxias. Esto se debe en parte a la dificultad de formular una teor\u00eda exitosa de la MOND (gravedad modificada). Y en parte a que, cuando los cient\u00edficos apuntaron telescopios de microondas a la radiaci\u00f3n c\u00f3smica de fondo (CMB), la luz del universo primitivo, result\u00f3 que, seg\u00fan la relatividad general, tambi\u00e9n se requer\u00eda la misma cantidad y tipo de materia oscura para explicar el comportamiento de las ondas sonoras que se propagaron por el universo cuando este ten\u00eda menos de 500.000 a\u00f1os, y cuyas huellas podemos ver. La gravedad modificada tiene dificultades para proporcionar una explicaci\u00f3n unificada para todos estos sistemas: galaxias, c\u00famulos de galaxias y el propio universo.<\/span><\/p>\n

Si la materia oscura existe, debe tener masa. La materia oscura sin masa no podr\u00eda comportarse de una manera que resolviera los problemas que plantea.<\/span><\/p>\n

Dos cosas que sabemos con certeza sobre la materia oscura (suponiendo que exista) son que ejerce una fuerza gravitacional (tiene masa) y que se mueve lentamente (en comparaci\u00f3n con la velocidad de la luz).<\/span><\/p>\n

Los experimentos, a menudo realizados a gran profundidad para protegerse de los rayos c\u00f3smicos, est\u00e1n dise\u00f1ados para detectar part\u00edculas de materia oscura que interact\u00faan con el detector. Experimentos como LUX-ZEPLIN (LZ) y XENONnT llevan la sensibilidad a un nuevo nivel.<\/span><\/p>\n

El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) hace colisionar part\u00edculas a altas energ\u00edas, lo que potencialmente produce part\u00edculas de materia oscura que son indetectables pero que dejan energ\u00eda y momento faltantes en los datos de la colisi\u00f3n.<\/span><\/p>\n

Telescopios de todo el mundo y en el espacio contin\u00faan cartografiando la distribuci\u00f3n de la materia oscura mediante lentes gravitacionales y estudios de galaxias. Instrumentos como el Observatorio Vera C. Rubin y la misi\u00f3n Euclid de la Agencia Espacial Europea proporcionar\u00e1n datos a\u00fan mejores.<\/span><\/p>\n

Experimentos especializados como ADMX (el Experimento de Materia Oscura Axion) y las b\u00fasquedas de neutrinos est\u00e9riles est\u00e1n probando otros posibles candidatos a materia oscura.<\/span><\/p>\n

Puede encontrar m\u00e1s informaci\u00f3n sobre la materia oscura en el sitio web del Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi (EE. UU.), que realiza experimentos con part\u00edculas de alta energ\u00eda en colisionadores de part\u00edculas de vanguardia con el objetivo de descubrir part\u00edculas que podr\u00edan llenar los vac\u00edos en nuestra comprensi\u00f3n del universo. La Organizaci\u00f3n Europea para la Investigaci\u00f3n Nuclear (CERN), el mayor laboratorio de f\u00edsica de part\u00edculas del mundo, tambi\u00e9n busca part\u00edculas de materia oscura desaparecidas. NASA, Energ\u00eda Oscura, Materia Oscura, https:\/\/science.nasa.gov\/astrophysics\/focus-areas\/what-is-dark-energy, CERN, Materia Oscura, https:\/\/home.cern\/science\/physics\/dark-matter<\/span><\/p>\n

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\nLa materia oscura representa aproximadamente el 80% de la masa del universo. MARK GARLICK\/SCIENCE PHOTO LIBRARY<\/span><\/em><\/p>\n

La fuerza antigravedad que impulsa la expansi\u00f3n acelerada del universo parece estar distribuida uniformemente en el espacio y el tiempo.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Seg\u00fan el equipo de investigaci\u00f3n, los resultados tambi\u00e9n permiten determinar con mayor precisi\u00f3n la proporci\u00f3n de energ\u00eda y materia en el Universo que corresponde a energ\u00eda oscura. El estudio del equipo se public\u00f3 en abril de 2023 en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.<\/span><\/p>\n

Llegaron a sus conclusiones despu\u00e9s de analizar observaciones de c\u00famulos de galaxias realizadas por el telescopio de rayos X eROSITA, que escanea todo el cielo sobre la Tierra en busca de c\u00famulos de galaxias detectables. eROSITA est\u00e1 montado en Spektr-RG, un telescopio espacial ruso-alem\u00e1n lanzado a la \u00f3rbita terrestre en 2019.<\/span><\/p>\n

Los c\u00famulos de galaxias son \u00fatiles para comprender la energ\u00eda oscura, ya que, a gran escala, esta extra\u00f1a y repulsiva fuerza de \u00abantigravedad\u00bb deber\u00eda suprimir la formaci\u00f3n de gigantescas estructuras c\u00f3smicas. Esto significa que la energ\u00eda oscura determina c\u00f3mo y d\u00f3nde se forman los c\u00famulos de galaxias, los objetos m\u00e1s grandes del universo.<\/span><\/p>\n

El Sondeo de Profundidad Final Ecuatorial (eFEDS) de eROSITA descubri\u00f3 aproximadamente 500 c\u00famulos de galaxias, una de las muestras m\u00e1s grandes de c\u00famulos de galaxias de baja masa descubiertas hasta la fecha. Los c\u00famulos observados abarcan aproximadamente los \u00faltimos 10\u00a0000 millones de a\u00f1os de la evoluci\u00f3n del Universo, de 13\u00a0800 millones de a\u00f1os de antig\u00fcedad.<\/span><\/p>\n

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\nIm\u00e1genes de rayos X (arriba) y en falso color \u00f3ptico (abajo) de tres c\u00famulos de galaxias de baja masa estudiados por el telescopio eROSITA. El c\u00famulo con el mayor corrimiento al rojo data de un per\u00edodo en el que el Universo era aproximadamente 10\u00a0000 millones de a\u00f1os m\u00e1s joven que hoy. En este caso, las galaxias del c\u00famulo son claramente mucho m\u00e1s rojas que las galaxias de los otros dos c\u00famulos. eROSITA<\/span><\/em><\/p>\n

El equipo de investigaci\u00f3n combin\u00f3 las observaciones de eROSITA con datos \u00f3pticos obtenidos durante la misi\u00f3n estrat\u00e9gica Hyper Suprime-Cam de Subaru. Esto permiti\u00f3 el primer estudio cosmol\u00f3gico con c\u00famulos de galaxias descubiertos por eROSITA.<\/span><\/p>\n

Los resultados del estudio se compararon con las predicciones te\u00f3ricas, confirmando que la energ\u00eda oscura representa aproximadamente el 76 % de la densidad energ\u00e9tica total del universo. Los resultados tambi\u00e9n indican que esta densidad energ\u00e9tica es uniforme en el espacio y constante a lo largo del tiempo.<\/span><\/p>\n

Los resultados del equipo coinciden con los de otros enfoques independientes para el estudio de la energ\u00eda oscura, como estudios previos de c\u00famulos de galaxias e investigaciones basadas en el efecto de la gravedad sobre la luz, conocido como lente gravitacional d\u00e9bil. Sin embargo, si bien estos nuevos descubrimientos arrojan m\u00e1s luz sobre la energ\u00eda oscura, esta fuerza sigue siendo un misterio que los f\u00edsicos est\u00e1n ansiosos por desentra\u00f1ar.<\/span><\/p>\n

En la d\u00e9cada de 1920, el astr\u00f3nomo estadounidense Edwin Hubble observ\u00f3 galaxias distantes, lo que revel\u00f3 que se alejaban de nosotros. Adem\u00e1s, cuanto m\u00e1s lejos est\u00e1 una galaxia, m\u00e1s r\u00e1pido se aleja, lo que llev\u00f3 a los cient\u00edficos a descubrir que el universo se est\u00e1 expandiendo.<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n

Esto fue lo suficientemente impactante como para cuestionar la idea entonces prevaleciente de que el universo exist\u00eda en un estado estable. La situaci\u00f3n se volvi\u00f3 a\u00fan m\u00e1s extra\u00f1a en 1998, cuando las observaciones de supernovas distantes revelaron que el universo no solo se expand\u00eda, sino que tambi\u00e9n se aceleraba.<\/span><\/p>\n

Para explicar esta aceleraci\u00f3n, los cient\u00edficos necesitan una fuente, y la llaman \u00abenerg\u00eda oscura\u00bb, que proporciona una especie de \u00abantigravedad\u00bb para acelerar la expansi\u00f3n c\u00f3smica.<\/span><\/p>\n

Sin embargo, a pesar de saber qu\u00e9 hace la energ\u00eda oscura y poder calcular que constituye alrededor del 76% de la energ\u00eda y la materia del Universo, los cient\u00edficos a\u00fan no saben realmente qu\u00e9 es ni por qu\u00e9 comenz\u00f3 a afectar al Universo en sus \u00e9pocas posteriores.<\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Seg\u00fan el equipo de investigaci\u00f3n, sus resultados tambi\u00e9n les permiten determinar con mayor precisi\u00f3n qu\u00e9 proporci\u00f3n de la energ\u00eda y la materia del Universo corresponde a energ\u00eda oscura. Llegaron a estas conclusiones tras analizar las observaciones de c\u00famulos de galaxias realizadas por el telescopio de rayos X eROSITA, que escanea todo el cielo terrestre en busca de c\u00famulos de galaxias detectables. eROSITA est\u00e1 montado en el Spektr-RG, un telescopio espacial ruso-alem\u00e1n lanzado a la \u00f3rbita terrestre en 2019.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1943,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[40,530],"tags":[896,895,645,303],"class_list":{"0":"post-1942","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-kosmos","8":"category-espacioprofundo","9":"tag-agujeros-negros","10":"tag-energia-oscura","11":"tag-gravedad","12":"tag-materia-oscura"},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1942","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1942"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1942\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1944,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1942\/revisions\/1944"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1943"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1942"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1942"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/planeta21vek.ru\/isp\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1942"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}