Los portales de gravedad pueden transformar la materia oscura en materia ordinaria

Los portales de gravedad pueden transformar la materia oscura en materia ordinaria

Los astrofísicos tienen una idea que podría ayudar a resolver dos misterios: la razón de la extraña abundancia de radiación de súper alta energía disparada desde el centro de nuestra galaxia y la identidad de una materia invisible llamada materia oscura que ha dejado perplejo al mundo desde su descubrimiento. Hace 50 años.

Y la idea tiene un nombre genial: portales de gravedad. La idea es que cuando dos partículas de materia oscura (sean las que sean) son absorbidas por uno de estos portales, se borran entre sí y escupen rayos gamma sorprendentemente fuertes .

Esta línea de pensamiento puede potencialmente explicar por qué el centro galáctico, donde se cree que acechan densos cúmulos de materia oscura, está lleno de rayos gamma; y podría arrojar luz sobre cómo se comporta la materia oscura y podría interactuar ocasionalmente con la materia normal de nuestro universo.

Que materia oscura tiene que ser

Más del 80% de la materia de nuestro universo es de una forma desconocida para el modelo estándar de física de partículas. Los científicos la llaman "materia oscura" porque no interactúa con la luz. El primer indicio de la existencia de la materia oscura se produjo en la década de 1970, cuando la astrónoma Vera Rubin notó que las galaxias giraban demasiado rápido; sin una fuente de gravedad oculta adicional, deberían haberse desgarrado hace eones.

Durante décadas, los astrónomos no sabían si necesitaban cambiar su comprensión de la gravedad, agregar más materia regular pero realmente tenue al universo o incluir un ingrediente nuevo. Pero año tras año, observación tras observación han limitado las opciones. Ninguna teoría de la gravedad modificada puede explicar todas las observaciones. Y los físicos han puesto límites firmes a la cantidad de materia normal (brillante, tenue y todo lo demás) en el cosmos.

Eso deja materia oscura para explicar las veloces galaxias. Esta materia sería un nuevo tipo de partícula, con alguna identidad (o identidades) desconocida. No interactúa con la luz, de lo contrario ya la habríamos visto. No interactúa con la fuerza nuclear fuerte , que une las partículas de materia; de lo contrario, los científicos habrían detectado su influencia en experimentos atómicos. Podría hablar con la fuerza nuclear débil, pero esa fuerza es tan débil y de corto alcance que observar cualquier desviación en los resultados esperados es un desafío.

Trillones de partículas de materia oscura pueden estar fluyendo a través de ti ahora mismo, invisibles y silenciosas.

Sin embargo, la materia oscura delata su presencia a través de la gravedad, porque cada forma de masa y energía en el universo ejerce algún tipo de influencia gravitacional. Entonces, la única forma segura de estudiar la materia oscura es a través de sus interacciones gravitacionales con la materia normal, como los movimientos de las estrellas dentro de las galaxias.

Pero puede haber otra forma.

El caso del exceso de electrones

En un estudio publicado el 28 de enero en la base de datos preprint arXiv , los físicos propusieron una nueva teoría para explicar qué es la materia oscura y cómo se comporta. Pero antes de sumergirnos en su idea, tenemos que introducir una pista más en esta búsqueda de materia oscura. La pista viene en forma de una extraña abundancia de rayos gamma observados que emanan del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Los rayos gamma son la forma de radiación de mayor energía posible y, por lo general, solo surgen a partir de algunos eventos de alta energía, como las estrellas que se convierten en supernovas. Pero hay más rayos gamma de los que cabría esperar en el centro galáctico, dada la rareza de tales eventos cataclísmicos. Entonces, es posible, propuso esta teoría, que los rayos gamma puedan surgir como un subproducto de electrones de alta energía.

Estos electrones de alta energía, que son un tipo de partícula conocida como "leptones" y mucho más fáciles de producir que los rayos gamma directamente, emanan de alguna fuente y viajan por todo el centro galáctico. Los electrones en sí mismos son indetectables (son muy, muy pequeños), pero a medida que fluyen a través del espacio interestelar, ocasionalmente pueden chocar contra un fotón que pasa al azar (una partícula de luz).

Ese fotón, probablemente algo inofensivo y de baja energía, choca con el electrón agresivo; la colisión aumenta tanto la energía del fotón que comienza a emitir rayos gamma que podemos ver.

Esas colisiones explican potencialmente el exceso de rayos gamma, pero ¿de dónde provienen esos electrones de alta energía?

Saltando por el portal

Recapitulemos lo que sabemos. Uno, la materia oscura interactúa solo a través de la gravedad. Dos leptones de alta energía que flotan alrededor del centro galáctico podrían explicar los rayos gamma adicionales que vemos allí. Tres, debido a que en nuestra propia galaxia el núcleo tiene la mayor densidad de materia, creemos que también hay una gran concentración de materia oscura allí.

¿Coincidencia? ¿O conspiración?

El vínculo entre estas dos observaciones tiene un nombre convenientemente impresionante: portales de gravedad leptófilos, como detallan Sun Xu-Dong y Dai Ben-Zhong, del Laboratorio Clave de Física de Astropartículas de China, en su artículo arXiv. El estudio aún no ha sido revisado por pares.

Comencemos con la parte de los "portales de gravedad". Hasta donde entendemos la gravedad, simplemente tira de cosas. La tierra tira de la luna ; el sol tira de la Tierra; las estrellas de una galaxia se atraen entre sí, y así sucesivamente. Y la gravedad hace un muy, muy buen trabajo tirando.

Entonces, a primera vista, lo único que la gravedad puede hacer con la materia oscura es ... tirar.

Pero nuestra comprensión de la gravedad es incompleta. La física puede explicar que la gravedad opera a gran escala, pero no existe la llamada teoría cuántica de la gravedad, que describiría una fuerte gravedad operando a escalas muy pequeñas. Y en este régimen, la gravedad podría tener algunas sorpresas reservadas.

Las otras fuerzas de la naturaleza son capaces de aniquilar, transformar y crear partículas todo el tiempo. La fuerza nuclear débil, por ejemplo, puede convertir un protón en un neutrón, provocando la desintegración radiactiva. Una partícula y su antipartícula pueden conectarse a través de la fuerza electromagnética, aniquilándose entre sí en un estallido de radiación.

Y de acuerdo con el modelo teórico esbozado por los investigadores, tal vez esas partículas de materia oscura puedan transformarse en leptones. De ahí la parte "leptofílica" del nombre, que significa "amante de los leptones".

Según la nueva teoría, las partículas de materia oscura ocasionalmente pueden aniquilarse entre sí a través de nada más que interacciones gravitacionales fortuitas. Estas interacciones fortuitas se conocen en la jerga de la física como "portales de gravedad", ya que ofrecen una forma para que las partículas interactúen únicamente a través de la gravedad. El producto de esa colisión es un electrón de alta energía. Estas interacciones serían mucho más comunes en el centro galáctico, donde la densidad de materia oscura probablemente sea más alta. Esos electrones luego viajarían, eventualmente golpeando un fotón de baja energía y convirtiéndose en un rayo gamma, causando el exceso que observamos.

Sí, esta idea es exagerada. Pero dado que los físicos no conocen la identidad de la materia oscura, las nuevas ideas siempre son bienvenidas. Y esta teoría fue diseñada específicamente para coincidir con la observación de los rayos gamma. Pero una vez que se ha abierto esa puerta, permitiendo que las partículas de materia oscura se transformen en materia regular (leptones, en este caso), se puede hacer más trabajo teórico para ver si hay otras formas de probar la teoría

Fecha actualización el 2021-03-10. Fecha publicación el 2021-03-10. Categoría: Noticias de Astronomia. Autor: Oscar olg Mapa del sitio Fuente: space