El universo está lleno de enigmas, pero pocos son tan difíciles (o interesantes) como la materia oscura. Propuesta por primera vez por el astrónomo Fritz Zwicki en 1933, esta elusiva sustancia se niega a seguir las reglas: no brilla, no absorbe ni interactúa con la luz de ninguna manera. De hecho, no podemos verlo en absoluto. Y, sin embargo, su atracción invisible da forma a la galaxia, dando a entender que hay algo vasto y misterioso.
Casi 100 años después, y con la ayuda del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA, los investigadores finalmente “vieron” la materia oscura por primera vez.
Si esto resulta ser cierto, será un avance significativo para la ciencia. La capacidad de la materia oscura para ocultarse a simple vista es legendaria. No puede ser visto por ningún instrumento hecho por el hombre porque la materia oscura no puede emitir, absorber ni reflejar ningún tipo de luz, que es como los humanos y todos nuestros instrumentos ven las cosas. Esto hace que encontrar materia oscura sea increíblemente difícil.
El profesor de astronomía de la Universidad de Tokio, Tomonori Totani, cree que pudo haber tenido éxito donde muchos antes que él fracasaron. En una investigacion Publicado el 25 de noviembre en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Totani dijo que descubrió la materia oscura observando los subproductos de dos partículas de materia oscura que chocan entre sí.
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La clave de este descubrimiento es la existencia teórica de algo llamado partículas masivas que interactúan débilmente, o WIMP para abreviar. Los WIMP son trozos de materia oscura que son más grandes que los protones y no interactúan con ningún otro tipo de partícula. Cuando dos WIMP chocan entre sí, la teoría científica sugiere que se aniquilan entre sí y la reacción resultante produce rayos gamma.
Totani utilizó datos del Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma de la NASA para mostrar lo que él cree que son emisiones de rayos gamma de estos eventos destructivos, que, de ser exactos, probarían la existencia de materia oscura, o al menos llevarían a los científicos por el camino correcto para confirmar su existencia.
Los científicos teorizan que alrededor del 27% de la masa-energía total del universo está compuesta de materia oscura.
¿Por qué es tan difícil encontrar materia oscura?
La NASA describe La materia oscura como “el pegamento invisible que mantiene unido el universo”. La materia oscura está en todas partes. Las teorías sugieren que sólo el 5% de la materia es materia ordinaria que tú y yo podemos ver, mientras que la materia oscura constituye el 27%. El resto es energía oscura, que Otro misterio Eso la ciencia todavía puede resolverlo.
Si hay cinco veces más materia oscura que materia normal, ¿por qué es tan difícil de ver? La respuesta corta es que la materia oscura no interactúa con la materia de una manera que los humanos puedan detectar con nuestra tecnología actual.
No es del todo antinatural. La ciencia también tiene dificultades para detectar los agujeros negros. La luz no puede escapar de un agujero negro, por lo que es imposible observarla directamente. En cambio, los científicos han desarrollado diferentes métodos para detectar la presencia de un agujero negro en función de su efecto en el entorno circundante.
Cygnus X-1, el primer agujero negro detectado, fue encontrado gracias a algo llamado disco de acreción. Los discos de acreción son nubes arremolinadas de gas, polvo, plasma y otras partículas que se forman alrededor de los agujeros negros y emiten grandes cantidades de radiación de rayos X. Los investigadores detectaron esos intensos rayos X y concluyeron que procedían de un agujero negro. en La primera imagen de un agujero negro Tomada en 2019, la parte visible es el disco de acreción del agujero negro, no el agujero negro en sí.
El filósofo y clérigo inglés John Michell teorizó por primera vez sobre la existencia de los agujeros negros en 1783. Eso significa que a la humanidad le tomó 236 años fotografiar un agujero negro, e incluso entonces, no vemos el agujero negro en la imagen. Sólo sabemos que está ahí porque podemos ver su disco de acreción.
Detectar materia oscura es mucho más desafiante. No interactúa en absoluto con el espectro electromagnético, incluida la luz visible. Al igual que un agujero negro, la ciencia ha tratado de demostrar su existencia utilizando su efecto en su entorno.
Este fenómeno comenzó en 1933, cuando el astrónomo Fritz Zwicki observó que las galaxias del cúmulo de Coma se movían demasiado rápido para la cantidad de materia ordinaria que contenían. Zwicky concluyó que debe haber un segundo tipo de objeto invisible que está añadiendo más fuerza gravitacional, actuando como una especie de pegamento que mantiene unido el cúmulo.
Esta teoría se ha ido perfeccionando con el tiempo a medida que ha ido surgiendo evidencia adicional. un ejemplo lentes gravitacionalesque es una curvatura de la luz causada por la gravedad. Los cúmulos de balas son el mejor ejemplo de lo que puede hacer la materia oscura, pero aún no se ha demostrado de forma concluyente.
Las lentes gravitacionales alrededor del Bullet Cluster (que se muestra aquí en azul) son uno de los ejemplos más claros posibles del efecto gravitacional de la materia oscura sobre la luz.
El autor del estudio explica lo que encontró.
A lo largo de las décadas, los científicos han hecho diversas propuestas. Candidatos potenciales ¿Para qué sirven realmente las partículas de materia oscura? Una de esas teorías es WIMP. Estas partículas teóricas son mucho más grandes que los fotones y tienen una característica distintiva. Cuando colisionan, la ciencia predice que se aniquilarán entre sí, lo que dará como resultado un estallido de rayos gamma.
La NASA tiene Aquí hay un video corto. Esto muestra cómo funcionaría en teoría. Es esta emisión de rayos gamma la que Totani cree haber encontrado.
“Detectamos una energía fotónica de 20 gigaelectronvoltios (o 20 mil millones de electronvoltios, una enorme cantidad de energía, rayos gamma que se extienden en una estructura similar a un halo hacia el centro de la Vía Láctea”, Totani Phys.org dice. “El componente de emisión de rayos gamma se asemeja mucho a la forma que se espera de un halo de materia oscura”.
Hay un poco que desempacar aquí, así que le pedí a Totani más información. Me dijo que las estrellas de nuestra galaxia están “distribuidas en un disco, mientras que se cree que un halo de materia oscura las rodea de forma esférica”. La radiación de la teórica materia oscura llegaría al disco desde su posición esférica, lo que le daría a Totani una idea de qué buscar y dónde buscar en general.
Una vez que miró allí, pudo encontrar radiación que, según él, es “consistente con las predicciones de la materia oscura”.
Para decirlo de otra manera, los rayos gamma estaban donde se suponía que debían estar, en los niveles de energía fotónica que la ciencia predijo que serían, y las emisiones estaban en la forma esperada para la materia oscura.
La NASA afirma que el anillo oscuro alrededor del cúmulo CL0024+17 podría ser materia oscura.
Cambiando la ciencia para siempre
Totani encontró los rayos gamma donde se suponía que debían estar y con la energía predicha, por lo que debe ser materia oscura, ¿verdad?
no está bien
Si bien estos resultados son prometedores, no prueban necesariamente la existencia de materia oscura. El primer paso sería que investigadores independientes verificaran las conclusiones de Totani.
Totani es consciente de esto y quiere que investigadores independientes examinen los datos en un intento de replicar sus hallazgos. Esto incluye medir la emisión de rayos gamma de otras fuentes, como galaxias enanas, para ver si algo más en el universo podría explicar sus hallazgos.
Actualmente, sus hallazgos no se explican fácilmente por ninguna fuente conocida de emisión de rayos gamma, pero eso no significa que no exista ninguna. Es necesario verificar los datos una y otra vez y los investigadores deben obtener más información para verificar que sus hallazgos están realmente relacionados con la materia oscura.
La ciencia se tomará su tiempo con esto, porque si Totani realmente encuentra materia oscura, las implicaciones serán enormes. Señaló que el descubrimiento de una nueva partícula elemental no incluida en el actual modelo estándar de física de partículas tendría un impacto significativo en la teoría de la física fundamental. Y el descubrimiento de la materia oscura ayudará a resolver otros misterios cósmicos, por ejemplo La naturaleza de la energía oscuraLa fuerza invisible que hace que el universo se expanda a un ritmo acelerado.
“Si es correcta, se ha revelado la verdadera naturaleza de la materia oscura, durante mucho tiempo el mayor misterio del cosmos”, dijo Totani.
