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Físicos teóricos dicen que la materia oscura podría haber existido antes del Big Bang


La materia oscura, la misteriosa sustancia que constituye aproximadamente una cuarta parte del Universo, puede tener su origen en tiempos anteriores al Big Bang, según un nuevo documento científico publicado en la revista Physical Review Letters.

¿Que es la materia oscura?
Se denomina materia oscura a un tipo de materia que corresponde al 25% de la materia del universo, y que no es energía oscura, materia bariónica ni neutrinos. Su nombre hace referencia a que no emite ningún tipo de radiación electromagnética, o lo que nosotros llamamos la luz. De hecho, no interactúa en ninguna forma con la radiación electromagnética, siendo completamente transparente en todo el espectro electromagnético. Su existencia se puede inferir a partir de sus efectos gravitacionales en la materia, tales como las estrellas o las galaxias.

La materia oscura también desempeña un papel central en la formación de estructuras y la evolución de galaxias y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación de fondo cósmico de microondas. Todas estas pruebas sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y todo el Universo contiene mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnética: lo restante es llamado "el componente de materia oscura".

"Revelamos una nueva conexión entre la física de partículas y la astronomía", dijo el autor del estudio, el Dr. Tommi Tenkanen, investigador postdoctoral en la Universidad Johns Hopkins.

“Si la materia oscura consiste en nuevas partículas que nacieron antes del Big Bang, afectan la forma en que las galaxias se distribuyen en el espacio de una manera única. Esta conexión puede usarse para revelar su identidad y también para sacar conclusiones sobre los tiempos anteriores al Big Bang".

Si bien no se sabe mucho sobre sus orígenes, los científicos han demostrado que la materia oscura desempeña un papel crucial en la formación de galaxias y cúmulos de galaxias.

Durante mucho tiempo, se pensó que debía ser una especie de sustancia sobrante del Big Bang.

"Si la materia oscura fuera realmente un remanente del Big Bang, entonces, en muchos casos, los investigadores ya deberían haber visto una señal directa de materia oscura en diferentes experimentos de física de partículas", dijo el Dr. Tenkanen.

El estudio
Usando un nuevo marco matemático simple, el Dr. Tenkanen muestra que la materia oscura puede haberse producido durante una época conocida como la inflación cósmica cuando el espacio se estaba expandiendo muy rápidamente.

Se cree que la rápida expansión del espacio conduce a la producción copiosa de ciertos tipos de partículas, llamadas bosones escalares. El nombre "bosón escalar" surge de la Teoría cuántica de campos. Se refiere a las propiedades de transformación particulares bajo una Transformación de Lorentz.

Hasta ahora, solo se ha descubierto un bosón escalar, el famoso bosón de Higgs. El bosón de Higgs es una partícula elemental propuesta en el modelo estándar de física de partículas. Según el modelo propuesto, no posee espín, carga eléctrica o color, es muy inestable y se desintegra rápidamente: su vida media es del orden del zeptosegundo. En algunas variantes del modelo estándar puede haber varios bosones de Higgs.

"No sabemos qué es la materia oscura, pero si tiene algo que ver con partículas escalares, puede ser más antigua que el Big Bang", explicó el Dr. Tenkanen.

"Con el escenario matemático propuesto, no tenemos que asumir nuevos tipos de interacciones entre la materia visible y la materia oscura más allá de la gravedad, que ya sabemos que existe".

Si bien la idea de que la materia oscura existía antes del Big Bang no es nueva, otros físicos teóricos no han podido hacer cálculos que respalden la idea.

Conclusiones
"Este nuevo estudio muestra que los investigadores siempre han pasado por alto el escenario matemático más simple posible para los orígenes de la materia oscura", dijo el Dr. Tenkanen.

"El estudio también sugiere una forma de probar el origen de la materia oscura al observar las firmas que deja la materia oscura en la distribución de la materia en el Universo".

"Si bien este tipo de materia oscura es demasiado difícil de encontrar en experimentos con partículas, puede revelar su presencia en observaciones astronómicas".

Referencia del documento científico:
Tommi Tenkanen. 2019. Materia Oscura en fluctuaciones de campo escalar. Phys. Rev. Lett Phys. Rev. Lett. 123, 061302 - Publicado el 7 de agosto de 2019; doi: 10.1103 / PhysRevLett.123.061302

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