La materia oscura es la sustancia misteriosa que constituye aproximadamente una cuarta parte del Universo. La evidencia principal de la materia oscura proviene de cálculos que muestran que muchas galaxias se separarían, o que no se habrían formado o no se moverían como lo hacen, si no contuvieran una gran cantidad de materia invisible. Otras líneas de evidencia incluyen observaciones en lentes gravitacionales y en el fondo cósmico de microondas, junto con observaciones astronómicas de la estructura actual del universo observable, la formación y evolución de las galaxias, la ubicación de la masa durante las colisiones galácticas y el movimiento de las galaxias dentro de los cúmulos de galaxias.

A pesar de su papel aparentemente fundamental en el Universo, el origen físico de la materia oscura sigue siendo desconocido. Debido a que la materia oscura aún no se ha observado directamente, si existe, apenas debe interactuar con la materia bariónica ordinaria y la radiación, excepto a través de la gravedad. Se cree que la mayor parte de la materia oscura es de naturaleza no bariónica; puede estar compuesto por algunas partículas subatómicas aún no descubiertas.

Los físicos teóricos sospechan que la materia oscura está hecha de partículas invisibles que no reflejan ni absorben la luz, pero que de alguna forma esas misteriosas partículas pueden ejercer gravedad. El candidato para la materia oscura es algún nuevo tipo de partícula elemental que aún no se ha descubierto.

Los experimentos en todo el mundo están intentando detectar y estudiar tales partículas. Los candidatos principales incluyen las llamadas partículas WIMP (partículas masivas de interacción débil) y axiones (partículas subatómicas «peculiares» aún no demostradas).

“Sabemos que la materia oscura está ahí fuera, pero no sabemos mucho más”, dijo el Dr. Michael Baker, investigador postdoctoral de la Facultad de Física de la Universidad de Melbourne.

“Si se trata de una partícula nueva, es muy probable que podamos detectarla en un laboratorio”.

“Entonces podríamos precisar sus propiedades, como su masa e interacciones, y aprender algo nuevo y profundo del Universo”.

La nueva teoría

En su documento científico, el Dr. Baker y sus colegas, el Dr. Andrew Long de la Universidad Rice y el profesor Joachim Kopp del CERN y la Universidad de Mainz, describieron cómo la expansión de burbujas en el Universo temprano puede ser la clave para comprender la materia oscura.

“Nuestro mecanismo propuesto sugiere que la abundancia de materia oscura puede haber sido determinada en una transición de fase cosmológica”, explicó el Dr. Baker.

“Se espera que estas transiciones de fase hayan tenido lugar en el Universo temprano y pueden ser similares a las burbujas de gas que se forman en el agua hirviendo”.

“Demostramos que es natural esperar que a las partículas de materia oscura les resulte muy difícil entrar en estas burbujas, lo que da una nueva explicación a la cantidad de materia oscura observada en el Universo”.

La investigación señala el camino para nuevas estrategias experimentales, para la búsqueda de materia oscura.

“Un aspecto interesante de esta idea es que funciona con partículas de materia oscura, que son [partículas] mucho más pesadas que la mayoría de los otros candidatos, como las famosas WIMP, en los que se centraron la mayoría de las búsquedas experimentales en el pasado”, dijo el profesor Kopp.

“Nuestro trabajo, por tanto, motiva la extensión de las búsquedas de materia oscura hacia masas más pesadas”.

Referencia del documento científico:
Michael J. Baker et al. 2020. Materia oscura filtrada en una transición de fase de primer orden. Physical Review Letters 125 (15): 151102; doi: 10.1103/PhysRevLett.125.151102