La materia oscura, esa esquiva y misteriosa sustancia que compone más del 80% del Universo, sigue desafiando a los científicos. Y aunque no interactúa con la luz ni con la materia “normal”, los investigadores creen que las colisiones de cúmulos de galaxias podrían ofrecer pistas cruciales.
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Recientemente, un equipo liderado por la Dra. Jacqueline McCleary propone utilizar estos choques cósmicos como colisionadores naturales para detectar posibles interacciones entre partículas de materia oscura.
Si las partículas que componen la materia oscura interactúan entre sí mediante colisiones, incluso aniquilándose mutuamente, una nueva investigación sugiere que los cúmulos de galaxias podrían usarse como colisionadores naturales de materia oscura. Este método de detección de materia oscura dependería de que dos de estos vastos grupos de galaxias se encuentren y se estrellen entre sí.
“Los cúmulos de galaxias también están dominados por materia oscura. El 80 al 90% de su masa es materia oscura y, cuanto más masivo es un objeto, más rápido se moverán las partículas de materia oscura constituyentes. Esencialmente, estás estudiando colisiones de muy alta energía”, explica Jacqueline McCleary, profesora asistente de física en la Universidad Northeastern.
¿Son las partículas de materia oscura fantasmas cósmicos antisociales?
A pesar de componer más del 80% del material del Universo y proporcionar la influencia gravitacional que, literalmente, impide que las galaxias se desintegren, la materia oscura es efectivamente invisible porque no interactúa con la luz. De igual manera, las partículas de materia oscura atraviesan las partículas de materia como fantasmas cósmicos.
Estas propiedades “antisociales” han llevado a los científicos a darse cuenta de que la materia oscura no puede estar hecha de átomos compuestos de electrones, protones y neutrones (que sí interactúan con la luz y entre sí), lo que ha provocado la búsqueda de una partícula candidata viable de materia oscura.
“Todo en el universo es una partícula y una onda y un campo, por lo que la suposición básica es que la materia oscura debe ser una partícula. La pregunta es ¿qué tipo de partícula?”, sostiene McCleary.
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Las partículas candidatas van desde las hipotéticas “Partículas Masivas que Interactúan Débilmente” y los “Objetos Compactos de Halo Masivo” hasta partículas diminutas y casi sin masa llamadas axiones o neutrinos estériles. Incluso podrían serlo pequeños agujeros negros sobrantes del Big Bang, llamados agujeros negros primordiales, los cuales han sido sugeridos como candidatos de materia oscura.
Un nuevo enfoque en la búsqueda de la materia oscura
Los científicos teorizan que, cuando las galaxias se agrupan en vastos cúmulos, esto es el resultado de vastos filamentos de materia oscura invisible que se extienden a través del universo como la telaraña invisible tejida por una araña cósmica. Esta red cósmica también ayuda a que las galaxias individuales acumulen masa y crezcan, ya que su influencia gravitacional atrae materia ordinaria.
Ellos creen que si los cúmulos de galaxias y la materia oscura que llevan colisionan con suficiente fuerza, pueden ocurrir interacciones de materia oscura detectables (si es que la materia oscura interactúa consigo misma). Estas interacciones podrían ser tan simples como partículas de materia oscura colisionando y rebotando entre sí o podrían resultar en aniquilación mutua y un destello de energía.
¿Cómo saberlo?
Para probar esta idea, el equipo creó simulaciones de colisiones de cúmulos de galaxias en computadoras lo suficientemente potentes como para examinar las colisiones hasta las interacciones partícula a partícula. Esto requirió programar la simulación con modelos físicos de interacciones entre estrellas, gas y materia oscura.
Al usar esta simulación y otras similares, los científicos podrían construir una hoja de ruta para observar colisiones reales de materia oscura. A partir de ahí, los investigadores podrían reunir pistas que los ayuden a determinar algunas de las características básicas que una partícula hipotética de materia oscura necesitaría poseer. Esto podría reducir los sospechosos de materia oscura.
La investigación del equipo fue publicada en abril en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society y representa un paso crucial hacia la comprensión de uno de los mayores misterios del Universo. La posibilidad de usar cúmulos de galaxias en colisión como detectores naturales de materia oscura no solo abre nuevas vías para la investigación, sino que también podría redefinir nuestra comprensión del cosmos.
