Un 'mundo espejo' en el confín cósmico, origen para la materia oscura

La materia oscura podría haberse formado en un sector oculto en los confines del universo, una especie de 'mundo espejo' con sus propias versiones de partículas y fuerzas.

Aunque completamente invisible para los humanos, este sector oculto obedecería muchas de las mismas leyes físicas que el universo conocido, según sendos estudios publicados en Physical Review D por el profesor Stefano Profumo, de la Universidad de California en Santa Cruz.

La ciencia ha aportado pruebas contundentes de la existencia de la materia oscura, que constituye el 80 % de la materia del universo. Su presencia explica qué une a las galaxias y las impulsa a girar. Hallazgos como la estructura a gran escala del universo y las mediciones del fondo cósmico de microondas también demuestran que algo aún indeterminado impregna toda esa oscuridad. Lo que aún se desconoce son los orígenes de la materia oscura y, por lo tanto, cuáles son sus propiedades corpusculares.

La idea del 'mundo espejo' se inspira en la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe cómo los quarks se unen dentro de los protones y neutrones mediante la interacción nuclear fuerte.

En el nuevo trabajo de Profumo, la fuerza fuerte se replica en el sector oscuro como una teoría de "QCD oscura" de confinamiento, donde sus propias partículas (quarks oscuros y gluones oscuros) se unen para formar partículas compuestas pesadas conocidas como bariones oscuros. Bajo ciertas condiciones en el universo primitivo, estos bariones oscuros podrían volverse lo suficientemente densos y masivos como para colapsar bajo su propia gravedad en agujeros negros extremadamente pequeños y estables, u objetos que se comportan de forma similar a los agujeros negros.

Estos remanentes similares a agujeros negros serían solo unas pocas veces más pesados que la masa de Planck (la escala de masa fundamental de la gravedad cuántica), pero si se produjeran en la cantidad adecuada, podrían explicar toda la materia oscura observada hoy en día. Dado que interactuarían únicamente a través de la gravedad, serían completamente invisibles para los detectores de partículas; sin embargo, su presencia moldearía el universo a gran escala.

Este escenario ofrece un nuevo marco comprobable basado en la física consolidada, a la vez que amplía la extensa investigación de la UC Santa Cruz sobre cómo los principios teóricos profundos podrían ayudar a explicar una de las mayores preguntas abiertas de la cosmología.

Otro estudio reciente de Profumo, publicado en mayo en la misma revista, explora si la materia oscura podría ser producida por el "horizonte cósmico" en expansión del universo, esencialmente el equivalente cosmológico del horizonte de sucesos de un agujero negro.

PARTÍCULAS IRRADIADAS

Este artículo se pregunta: si el universo experimentara un breve período de expansión acelerada después de la inflación -algo menos extremo que la inflación, pero aún expandiéndose más rápido de lo que la radiación o la materia permitirían-, ¿podría esa fase haber "irradiado" partículas a la existencia?

Utilizando principios de la teoría cuántica de campos en el espacio-tiempo curvo, el artículo muestra que un amplio rango de masas de materia oscura podría resultar de este mecanismo, dependiendo de la temperatura y la duración de esta fase.

Profumo destaca que esto no requiere ninguna suposición sobre cómo interactúa la materia oscura, solo que es estable y se produce gravitacionalmente. La idea se inspira en la forma en que los observadores cercanos a horizontes cósmicos, como los de un agujero negro, perciben la radiación térmica debido a los efectos cuánticos.

"Ambos mecanismos son altamente especulativos, pero ofrecen escenarios autónomos y calculables que no dependen de los modelos convencionales de materia oscura de partículas, que se ven cada vez más presionados por la falta de resultados experimentales", afirmó en un comunicado Profumo, quien también es subdirector de teoría en el Instituto de Física de Partículas de Santa Cruz.