Descubren un nuevo vínculo entre materia oscura y aglomeración del universo

Cosmólogos han presentado un avance teórico que puede explicar tanto la naturaleza de la materia oscura invisible como la estructura a gran escala del universo conocida como red cósmica.

La investigación, liderada por la Universidad de Toronto y publicada en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, sugiere que el "problema de la aglomeración", que se centra en la distribución inesperadamente uniforme de la materia a gran escala en todo el cosmos, puede ser una señal de que la materia oscura está compuesta de hipotéticas partículas ultraligeras llamadas axiones. Las implicaciones de probar la existencia de axiones difíciles de detectar se extienden más allá de la comprensión de la materia oscura y podrían abordar cuestiones fundamentales sobre la naturaleza del universo mismo.

"Si se confirma con futuras observaciones de telescopios y experimentos de laboratorio, encontrar materia oscura axion sería uno de los descubrimientos más importantes de este siglo", dice en un comunicado el autor principal Keir Rogers, del Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica en la Universidad de Toronto.

"Al mismo tiempo, nuestros resultados sugieren una explicación de por qué el universo es menos grumoso de lo que pensábamos, una observación que se ha vuelto cada vez más clara durante la última década y actualmente deja incierta nuestra teoría del universo".

La materia oscura, que comprende el 85 por ciento de la masa del universo, es invisible porque no interactúa con la luz. Los científicos estudian sus efectos gravitatorios sobre la materia visible para comprender cómo se distribuye en el universo.

Una teoría líder propone que la materia oscura está hecha de axiones, descritos en la mecánica cuántica como "borrosos" debido a su comportamiento ondulatorio. A diferencia de las partículas puntuales discretas, los axiones pueden tener longitudes de onda mayores que las galaxias enteras. Esta borrosidad influye en la formación y distribución de la materia oscura, lo que podría explicar por qué el universo es menos grumoso de lo previsto en un universo sin axiones.

Esta falta de grumos se ha observado en grandes estudios de galaxias, lo que desafía la otra teoría predominante de que la materia oscura consiste solo en partículas subatómicas pesadas que interactúan débilmente llamadas WIMP. A pesar de experimentos como el Gran Colisionador de Hadrones, no se ha encontrado evidencia que respalde la existencia de WIMP.

"En la ciencia, es cuando las ideas se rompen cuando se hacen nuevos descubrimientos y se resuelven viejos problemas", dice Rogers.

Para el estudio, el equipo de investigación analizó observaciones de luz reliquia del Big Bang, conocida como Fondo Cósmico de Microondas (CMB), obtenida de los estudios Planck 2018, Atacama Cosmology Telescope y South Pole Telescope.

Los investigadores compararon estos datos de CMB con los datos de agrupamiento de galaxias del Estudio Espectroscópico de Oscilación Bariónica (BOSS), que mapea las posiciones de aproximadamente un millón de galaxias en el universo cercano. Al estudiar la distribución de las galaxias, que refleja el comportamiento de la materia oscura bajo las fuerzas gravitatorias, midieron las fluctuaciones en la cantidad de materia en todo el universo y confirmaron su aglomeración reducida en comparación con las predicciones.

Luego, los investigadores realizaron simulaciones por computadora para predecir la aparición de reliquias de luz y la distribución de galaxias en un universo con largas ondas de materia oscura. Estos cálculos se alinearon con los datos CMB del Big Bang y los datos de agrupamiento de galaxias, lo que respalda la noción de que los axiones borrosos podrían explicar el problema de la aglomeración.