La materia oscura ha sido durante mucho tiempo uno de los grandes misterios de la astronomía. No se puede ver ni tocar, pero su influencia gravitacional ayuda a dar forma a la estructura a gran escala de las galaxias y el universo. Durante décadas, los científicos han confiado en el modelo de la “materia oscura fría” para explicar cómo se forman y evolucionan las galaxias. Pero a medida que los telescopios y las observaciones se han vuelto más precisos, los investigadores han descubierto una serie de características sorprendentes que el modelo estándar tiene dificultades para explicar.
Entre los mayores misterios se encuentran la densidad sorprendentemente baja de materia oscura que se encuentra en los centros de algunas galaxias enanas y los cúmulos inesperadamente densos de materia oscura que se infieren a partir de fuertes lentes gravitacionales. Aunque estas observaciones parecen apuntar en direcciones opuestas, un nuevo estudio sugiere que pueden compartir la misma explicación subyacente.
Una nueva teoría para la materia oscura
Los físicos del Observatorio de la Montaña Púrpura de la Academia China de Ciencias (CAS) proponen que la materia oscura puede no estar formada por un solo tipo de partícula. En cambio, puede estar compuesto de partículas con diferentes masas.
Su nuevo modelo de “materia oscura de dos componentes que interactúan entre sí” contiene al menos dos tipos de partículas de materia oscura, una pesada y otra ligera. Además de interactuar mediante la gravedad, estas partículas pueden chocar directamente entre sí. Estas interacciones conducen a un proceso llamado “segregación masiva”.
En pocas palabras, las partículas pesadas de materia oscura se desplazan lentamente hacia los centros de las galaxias, mientras que las partículas más ligeras se propagan hacia afuera con el tiempo. Los investigadores comparan este comportamiento con el de un cúmulo de estrellas, donde las estrellas más masivas migran gradualmente hacia el interior y las estrellas de menor masa se alejan del centro.
Las simulaciones coinciden con las observaciones cósmicas.
Utilizando simulaciones por computadora de alta resolución combinadas con modelos teóricos detallados, el equipo descubrió que la separación de masas reproduce de forma natural una amplia gama de observaciones astronómicas.
En las galaxias enanas, el proceso produce núcleos de materia oscura con densidades centrales relativamente bajas, lo que coincide con observaciones recientes de agrupación de galaxias. En entornos más grandes y complejos, algunos halos de materia oscura se vuelven cada vez más compactos, formando estructuras densas capaces de producir fuertes lentes gravitacionales.
El modelo también plantea la posibilidad de que se produzcan eventos de lentes gravitacionales a pequeña escala. A medida que se acumulan partículas de materia oscura más pesadas en la región del núcleo, las subestructuras de materia oscura se vuelven más eficientes a la hora de amplificar la luz procedente de galaxias distantes de fondo. Esto puede ayudar a explicar por qué los astrónomos observan eventos de lentes más fuertes en una escala más pequeña de lo que predicen los modelos tradicionales.
Una rica imagen del universo invisible.
Los investigadores dicen que estos enigmas cósmicos aparentemente contradictorios pueden en realidad apuntar a la misma conclusión. En lugar de requerir explicaciones separadas, todas ellas pueden reflejar el hecho de que la materia oscura tiene propiedades intrínsecas más complejas de lo que se pensaba anteriormente.
A medida que los futuros estudios del cielo y las observaciones de lentes gravitacionales se vuelvan más precisos, los científicos tendrán nuevas oportunidades para probar si la materia oscura está realmente compuesta de múltiples componentes. Estas “lupas cósmicas” naturales aún pueden proporcionar algunas de las pruebas más sólidas de esta nueva imagen del universo invisible.
Los resultados son el segundo estudio realizado por el equipo del Observatorio de la Montaña Púrpura para explorar dos componentes de la materia oscura que interactúan entre sí. Su trabajo anterior, fue publicado examen físico dexaminó cómo la segregación de masa afecta la amplia gama de densidades del núcleo de materia oscura observadas en las galaxias enanas. Se publica una nueva investigación Boletín científico. Los autores del estudio son Daneng Yang, Yi-Zhong Fan, Siyuan Hou y Yu-Lin Sming Tsai.
El Observatorio de la Montaña Púrpura, parte de la Academia de Ciencias de China, es uno de los principales centros de investigación de la materia oscura de China. El instituto desempeña un papel importante en la detección indirecta de materia oscura con el satélite DAMPE (Wukong) y lleva a cabo investigaciones influyentes en astrofísica, cosmología, materia oscura y evolución de galaxias.
