Nuevas teorías sobre la materia oscura proponen la existencia de un «mundo espejo» y un borde del universo

Dos innovadores estudios dirigidos por el profesor Stefano Profumo de la Universidad de California en Santa Cruz (UC Santa Cruz) proponen nuevas y audaces respuestas a una de las preguntas más fundamentales de la física moderna: ¿cuál es la naturaleza de la materia oscura?

Crédito: MysteryPlanet.com.ar.

La ciencia ha acumulado evidencia abrumadora de la existencia de esta sustancia misteriosa, que constituye aproximadamente el 80 % de toda la materia del universo. La presencia de la materia oscura explica qué mantiene unidas a las galaxias y por qué rotan como lo hacen. Además, fenómenos como la estructura a gran escala del universo y las mediciones de la radiación de fondo de microondas cósmico confirman que algo, aún por determinar, impregna la vasta oscuridad del cosmos.

Sin embargo, el origen y las propiedades de sus partículas siguen siendo un enigma. En dos artículos recientes, el profesor Profumo aborda esta cuestión desde ángulos distintos, pero con una idea central en común: la materia oscura podría haber surgido de forma natural a partir de las condiciones del universo primitivo, en lugar de ser una partícula exótica que interactúa con la materia ordinaria de forma detectable.

Teoría 1: El Universo Espejo

El estudio más reciente, publicado el mes pasado en la prestigiosa revista Physical Review D, explora la posibilidad de que la materia oscura se haya formado en un «sector oculto», una especie de «universo espejo» o dimensión paralela a la nuestra con sus propias partículas y fuerzas. Aunque sería completamente invisible para nosotros, este sector oscuro obedecería muchas de las mismas leyes físicas que nuestro universo conocido.

La idea se inspira en la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría que describe cómo los quarks se unen para formar protones y neutrones. En el modelo de Profumo, una «QCD oscura» replicaría esta fuerza en el sector oculto, con sus propias «partículas oscuras» (quarks oscuros y gluones oscuros). Estas se combinarían para formar partículas compuestas pesadas llamadas bariones oscuros.

Bajo ciertas condiciones en el universo temprano, estos bariones oscuros podrían haberse vuelto tan densos y masivos que colapsarían por su propia gravedad, formando agujeros negros primordiales extremadamente pequeños y estables, con una masa apenas superior a la masa de Planck. Si se produjeron en la cantidad adecuada, estos remanentes podrían explicar toda la materia oscura que observamos hoy. Al interactuar solo a través de la gravedad, serían completamente invisibles para los detectores de partículas.

Teoría 2: Radiación del Horizonte Cósmico

El segundo estudio de Profumo, publicado en mayo, investiga si la materia oscura podría haber sido producida por la expansión del «horizonte cósmico» del universo, el equivalente cosmológico al horizonte de sucesos de un agujero negro.

La teoría postula que si el universo experimentó un breve período de expansión acelerada después de la inflación inicial, esta fase podría haber sido tan energética que hizo que el propio tejido del espacio-tiempo «hirviera». De esa energía burbujeante, como el vapor que sale del agua, surgieron las partículas de materia oscura.

Una ilustración artística del mecanismo propuesto por el profesor Stefano Profumo, donde los efectos cuánticos cerca del horizonte cósmico en rápida expansión tras el Big Bang generan gravitacionalmente partículas de materia oscura. Crédito: Stefano Profumo.

Su principal ventaja es que no requiere ninguna suposición sobre cómo interactúa la materia oscura, solo que sea estable y se produzca gravitacionalmente.

«Ambos mecanismos son altamente especulativos, pero ofrecen escenarios autocontenidos y calculables que no dependen de los modelos convencionales de partículas de materia oscura, los cuales están cada vez más presionados por la falta de resultados en los experimentos», explicó Profumo, subdirector de teoría en el Instituto de Física de Partículas de Santa Cruz.

Estos trabajos continúan la larga tradición de la UC Santa Cruz en cosmología, conectando las preguntas más profundas de la física de partículas con el comportamiento a gran escala del cosmos, y extendiendo los límites de la física conocida hacia nuevas y fascinantes fronteras.

Fuente: UCSC. Edición: MP.