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Las pruebas directas para la materia oscura, la sustancia que se piensa que forma el 23% del universo, podría estar justo en las narices de los cosmólogos.



Autor de la traducción: Manuel Hermán Capitán


Las pruebas directas para la materia oscura, la sustancia que se piensa que forma el 23% del universo, podría estar justo en las narices de los cosmólogos. Esta es la conclusión a la que llega la físico teórico Susan Gardner de la Universidad de Kentucky en los Estados Unidos, quien argumenta que si las partículas de materia oscura tuviesen un diminuto momento magnético imprimirían un patrón de polarización distintivo en la radiación dejada en los inicios del universo.

Para algunos investigadores esta es una gran condición. En el más amplio estudio de Gary Hinsh los candidatos a materia oscura, la cual surge de forma natural en las extensiones supersimétricas del modelo estándar de la física de partículas, no tienen momentos magnéticos. Pero con unas pocas restricciones observacionales, la diferencia entre un candidato a materia oscura y otro a menudo es un tema de preferencia teórica.

“Recientemente ha habido una proliferación de nuevos candidatos para materia oscura”, dice Jonathan Feng de la Universidad de California en Irvine, que ha aparecido con unas cuantas él mismo. “Ésta tiene una propiedad que la mayoría de las otras no tienen, pero la ciencia no es una democracia, ¡el candidato más popular no necesariamente gana!”.

La polarización del fondo de microondas cósmico e 23GHz visto por WMAP: Los colores representan la fuerza de la señal polarizada, con el rojo indicando una polarización fuerte y el azul polarización débil.© NASA (pulsar sobre la imagen para ampliarla)

Partículas del momento

Propuesta en 1933 para explicar por qué algunas galaxias rotaban más rápido de lo que sería posible si sólo estuviese localmente presente la materia visible, la materia oscura ha ganado mucho apoyo en las últimas décadas. Pero aparte de saber que las partículas de materia oscura interactúan gravitatoriamente y deben ser eléctricamente neutras (de otra forma se acoplarían fuertemente a la radiación magnética y habrían sido identificadas), los investigadores no saben qué es en realidad la materia oscura.

De hecho, Gardner cuestiona si la materia oscura está hecha de un solo tipo de partículas, como sugiere una solución supersimétrica. “El mundo que conocemos está hecho de muchos tipos distintos de partículas, muchos de ellos con momentos magnéticos”, dijo. “¿Por qué la materia oscura, que es mucho más abundante, debería ser homogénea en su composición?”.

Siempre que el inicio del universo contuviera un campo magnético, las partículas de materia oscura de Gardner se alinearían como diminutos imanes y producirían una red de magnetización (Phys Rev Lett 100 041303). Esto tendría un efecto distintivo en la polarización de los fotones en el fondo de microondas cósmico (CMB), el cual nació apenas 380 000 años tras el Big Bang cuando el universo se enfrió lo bastante para que se formasen los átomos. La materia oscura ya es vital cuando intentamos explicar el tamaño de las pequeñas fluctuaciones observadas en la temperatura del CMB, dado que estas provienen de perturbaciones de densidad en el plasma primordial. Cuando los fotones interactuaron con las partículas de materia oscura, no obstante, sus vectores de polarización rotarían por el efecto Faraday.

Detectar tal firma de polarización no sólo descartaría los candidatos supersimétricos de materia oscura, sino que demostraría que la materia oscura es ligeramente menos “oscura” de lo que se pensaba en un inicio.

Modos de polarización

El problema es que hay muchas fuentes de polarización en los fotones del CMB. El principal viene de la dispersión de electrones que “ven” radiación no uniforme debido a las fluctuaciones de densidad de alrededor. Estos están clasificados como patrones de polarización “E-mode (modo E)”, y recientemente han sido medidos en detalle usando la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) y otros experimentos en tierra. Por ahora están sin detectar los patrones mucho más débiles “B-mode (modeo B)”, los cuales pueden generarse debido a ondas gravitatorias que provocan que el espacio se expanda y contraiga.

De forma crucial, el efecto Faraday rota la polarización E-mode primordial a una polarizacion B-mode, produciendo una firma correlada EB. Además, esta señal no dependería de la frecuencia de la luz, proporcionando una forma clara de comprobar la propuesta de Gardner. Es más, en 2006 Bo Feng de la Academa de Ciencias China y sus colaboradores, mientras buscaban señales de que la naturaleza violaba la simetría conocida como CPT, dieron una pista de que tal señal EB ya existía en los datos de WMAP (Phys Rev Lett 96 221302).

“La propuesta de la materia oscura merece mayor estudio, en particular para determinar a qué escala angular serían evidentes tales efectos”, dice Gary Hinshaw del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Maryland. Hinshaw, quien dirige el análisis de datos para el equipo científico de WMAP, cree que el reto será descargar una señal EB similar de la radiación de sincrotrón producida en las galaxias de primer plano, aunque apunta que esto tendría una fuerte dependencia de la frecuencia. “Estamos poniendo más atención que nunca a nuestro espectro EB debido a estos posibles estudios de una nueva física”, añade.


Crédito de la imagen: NASA.


Traducido y editado por el equipo de Astroseti.
Colaboradores:
- Manuel Hermán Capitán
- Xavier Civit



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