Consecuencias astrofísicas de la materia oscura ligera

Dibujo20130508 Marcin Ryczek photograph -  hombre alimentando cisnes y patos - rio de Cracovia

La mayoría de los físicos piensan que la materia oscura está formada por partículas que aún no han sido detectadas. En los últimos años varios experimentos apuntan a partículas ligeras, con una masa menor de 10 GeV/c² (p.ej. CDMS II apunta a 8,6 GeV/c²). Tal tipo de materia oscura tendría dos consecuencias astrofísicas que podrían ser detectadas por los astrónomos. Primero, estas partículas serían atrapadas por las estrellas y se acumularían en su interior; esto afectaría poco a estrellas como el Sol, pero afectaría mucho a estrellas de baja masa (menor de 0,2 masas solares) pues cambiaría la temperatura de su núcleo; el cambio se notaría en la evolución de su curva de luminosidad con el tiempo. Y segundo, también afectaría a la corriente de estrellas de Sagitario que cruza el plano de nuestra galaxia, cambiando el número de partículas de materia oscura que esperamos detectar en los experimentos de búsqueda directa. Por ahora, ambos efectos no han sido observados, aunque la incertidumbre experimental es alta; quizás en los próximos años se puedan observar estos fenómenos. Nos lo cuenta Andrew R. Zentner, “Stuff that happens in astrophysics if the dark matter is light,” slides, que resume sus resultados de sus tres artículos: Andrew R. Zentner, Andrew P. Hearin, “Asymmetric Dark Matter May Alter the Evolution of Low-mass Stars and Brown Dwarfs,” Phys. Rev. D 84: 101302, 2011 [arXiv:1110.5919]; Chris W. Purcell, Andrew R. Zentner, Mei-Yu Wang, “Dark Matter Direct Search Rates in Simulations of the Milky Way and Sagittarius Stream,” JCAP 08(2012)027 [arXiv:1203.6617]; y Chris W. Purcell, Andrew R. Zentner, “Bailing Out the Milky Way: Variation in the Properties of Massive Dwarfs Among Galaxy-Sized Systems,” accepted by JCAP, 2013 [arXiv:1208.4602].

Dibujo20130530 distributions of stars and dark matter from the disrupting Sagittarius dwarf galaxy

La corriente de estrellas de Sagitario es el resultado de las fuerzas de marea galácticas sobre una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea. Se han observado este tipo de chorros en otras galaxias y las simulaciones numéricas por ordenador indican que la materia oscura del halo galáctico es fundamental para predecir su forma y evolución. Los autores han considerado dos modelos posibles, “light Sgr” asume que la masa de la galaxia satélite progenitora era de 1010.5 M⊙ (masas solares) y “heavy Sgr” que era de 1011 M⊙ (hay que recordar que simulaciones previas requieren una masa mínima de ∼1010 M⊙ para que las fuerzas de marea galácticas permitan la formación de este chorro de materia). En ambos casos, la modulación anual de la señal de materia oscura obtenida por DAMA/LIBRA se verá afectada. En el caso de que las partículas de materia sean de baja masa (unos 10 GeV/c²), se espera un incremento entre el 20% y el 40% (respecto a lo esperado para partículas de alta masa, pongamos unos 100 GeV/c²). Por ahora, los datos de DAMA/LIBRA tienen mucha incertidumbre y no es posible observar con precisión el incremento esperado para partículas de baja masa. Experimentos futuros podrán aclarar este asunto. 

4 pensamientos en “Consecuencias astrofísicas de la materia oscura ligera

  1. MHO:
    La mayoría de las cosas oscuras de la astrofísica empezarán a no ser tan oscuras cuando se tenga en cuenta el electromagnetismo a todas las escalas.

    Me parece patológica la obsesión por explicarlo todo sólo mediante la fuerza de la gravedad, hasta el punto de crear la cantidad de unicornios que se han creado. Pero la realidad es terca, y cuantas más imágenes como las de este blog (a pesar de su contenido), aparezcan, cada vez será más difícil hacerlo. Claro que los unicornios, si los buscas con mucho empeño los encuentras, claro.
    Si algo se aprende de las lecciones de historia, es que el hombre no aprende de las lecciones de historia.
    Epiciclos everywhere.

  2. Si bien coincido contigo en lamentar algunos sesgos de la astrofísica en general y de la física en particular, la fuerza de la gravedad tiene relevancia en escenarios lejanos del vacío, allí donde se producen aglomeraciones de materia bariónica. Además, el estudio de la gravedad cuántica puede perfeccionar nuestro conocimiento de la naturaleza. Claro, también puede ocurrir al revés, que la gravedad cuántica (de existir) resulte irrelevante. Veremos que da de sí este asunto.

  3. Hola Francis, este tipo de ‘hipotéticas’ partículas de materia oscura ¿encajan en el modelo estándar?

    • No, El Cid, aunque todo depende de lo que entiendas por “encajan,” ya que cualquier partícula puede ser incorporada al modelo estándar de forma fácil (todo depende de sus propiedades). Como las partículas de materia oscura interaccionan muy débilmente con las partículas conocidas del modelo estándar, salvo alguna que otra opción muy especulativa, deben corresponder a una extensión de dicha teoría tanto si masa está entre pocos GeV y cientos de GeV.

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