¿Plot twist? Un astrónomo italiano afirma que la materia oscura no es exactamente lo que pensábamos

Uno de los grandes interrogantes de la astronomía es la naturaleza de la materia oscura. Esta componente sería un tipo de materia que sólo interactúa a través de la interacción gravitatoria. No interaccionaría a través de la fuerza electromagnética, por ejemplo, por lo que sería imposible observarla a través de la luz, que depende de estas interacciones electromagnéticas.

Poco se sabía de la materia oscura porque sólo se observaba indirectamente. Las observaciones se limitan a observar los efectos de la materia oscura en el entorno que la rodea, como la dinámica de las estrellas o las galaxias. Una de las propiedades que se aceptaba en la ciencia era que los componentes de la materia oscura no entrarían en colisión.

Según esta propiedad, que se ha dado en llamar materia oscura fría (CDM), la materia oscura no es colisional, es decir, no intercambia energía mediante colisiones. Un investigador ha publicado un artículo en el que defiende que sí hay intercambio de energía mediante colisiones tras realizar simulaciones y observaciones de cúmulos de galaxias. Este argumento favorece un modelo denominado materia oscura autointeractiva (SIDM).

La materia oscura

La mayor parte de la materia del universo se encuentra en forma de materia oscura. Se trata de un tipo de materia que no podemos observar a través de la radiación electromagnética, es decir, la luz. La materia que podemos observar se denomina materia visible o materia bariónica y consiste en todo lo que conocemos y vemos en el universo.

La materia oscura cobró fuerza tras las observaciones de la dinámica de las estrellas en las galaxias que seguían una curva de velocidad distinta a la esperada por la teoría. Este descubrimiento fue realizado por la astrónoma Vera Rubin. Para explicar las observaciones de Rubin, se propuso la materia oscura como un halo de materia que engloba la galaxia e interactúa gravitatoriamente con las estrellas.

¿Qué es la materia oscura fría?

Con el tiempo, se han encontrado observaciones más indirectas de los efectos de la materia oscura en galaxias y cúmulos de galaxias. Los cúmulos de galaxias pueden contener hasta miles de galaxias que interactúan gravitatoriamente. Al observar la dinámica de estas galaxias y compararla con las velocidades propuestas en la teoría, se comprobó la existencia de un componente de materia oscura.

A partir de las observaciones de estas interacciones, adquirió fuerza un modelo de materia oscura denominado materia oscura fría o CDM. Según este modelo, no hay intercambio de energía entre los componentes de la materia oscura a través de las colisiones.

Una de estas observaciones es el famoso cúmulo de Bala, que recientemente sufrió una interacción. Analizando los datos observacionales, los astrónomos sostienen que no hubo colisión entre los halos de materia oscura de cada galaxia presente.

El modelo SIDM

Aunque el modelo CDM es actualmente el más aceptado porque explica muchas observaciones, hay astrónomos de todo el mundo que defienden el modelo de la materia oscura autointeractiva o SIDM. En este modelo, los componentes de la materia oscura colisionarían y habría un intercambio de energía entre ellos distinto de la mera interacción gravitatoria.

Durante una interacción entre galaxias, el modelo SIDM mostraría algunas propiedades diferentes a las esperadas por el modelo CDM. Una de ellas sería que al calcular el punto de máxima densidad de materia oscura, mostraría una separación que se explicaría tras colisionar las partículas de cada halo de materia oscura.

El Gordo

Una de estas interacciones se produciría en el cúmulo conocido como El Gordo, que es uno de los más masivos jamás encontrados. El cúmulo tiene alrededor de 1 cuatrillón de masas solares. Se considera un verdadero laboratorio para observar las interacciones entre galaxias y cómo la materia oscura afecta a la dinámica de las galaxias durante una posible colisión.

Hay dos subcúmulos dentro de El Gordo que llaman la atención en estas observaciones. Lo que descubrió el astrónomo fue que las imágenes de rayos X muestran un pico y dos partes alargadas. Es más, el pico de rayos X es diferente del pico máximo estimado de materia oscura, lo que indica un posible componente colisional.

Simulaciones para confirmar el modelo SIDM

Para probar el modelo SIDM, el artículo presenta simulaciones numéricas de N cuerpos. Este tipo de simulación considera las interacciones gravitatorias y colisionales entre distintos componentes con masa. También considera simulaciones hidrodinámicas que describen el comportamiento de la dinámica de los gases presentes con propiedades como la densidad, la presión y la temperatura.

Lo que el artículo encontró fue que los resultados muestran que la materia oscura parece tener una característica colisional en estas observaciones. Esto sería una prueba a favor del modelo SIDM. De confirmarse, sería uno de los mayores avances de las últimas décadas en la comprensión de la materia oscura.

Referencia de la noticia:

Valdarnini 2024 An N-body/hydrodynamical simulation study of the merging cluster El Gordo: A compelling case for self-interacting dark matter? Astronomy & Astrophysics