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Las 11 preguntas más grandes sin respuesta sobre la materia oscura

Web de materia oscura

Crédito de la imagen: Shutterstock

En la década de 1930, un astrónomo suizo llamado Fritz Zwicky notó que las galaxias en un cúmulo distante estaban orbitando entre sí mucho más rápido de lo que deberían haber recibido la cantidad de masa visible que tenían. Propuso que una sustancia invisible, a la que llamó oscuramateria, podría estar tirando gravitacionalmente en estas galaxias.

Desde entonces, los investigadores han confirmado que este misterioso material se puede encontrar en todo el cosmos, y que es seis veces más abundante que la materia normal que forma cosas ordinarias como las estrellas y las personas. Sin embargo, a pesar de ver materia oscura en todo el universo,La mayoría de los científicos todavía se están rascando la cabeza al respecto. Aquí están las 11 preguntas más importantes sin respuesta sobre la materia oscura.

¿Qué es la materia oscura?

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Primero, y quizás lo más desconcertante, los investigadores siguen sin estar seguros de qué es exactamente la materia oscura. Originalmente, algunos científicos conjeturaron que la masa faltante en el universo estaba formada por pequeñas estrellas débiles y agujeros negros, aunque las observaciones detalladas no han aparecido lo suficiente.tales objetos para dar cuenta de la influencia de la materia oscura, como escribió anteriormente el físico Don Lincoln del Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU. Para Rhythm89 . El principal contendiente actual para el manto de materia oscura es una partícula hipotética llamada Partícula Masiva de Interacción Débil, o WIMP, que se comportaría como un neutrón, excepto que sería entre 10 y 100 veces más pesada que un protón, como escribió Lincoln.Sin embargo, esta conjetura solo ha llevado a más preguntas, por ejemplo ...

¿Podemos detectar la materia oscura?

Crédito de la imagen: Xinhua / Getty

Si la materia oscura está hecha de WIMP, deberían estar a nuestro alrededor, invisibles y apenas detectables. Entonces, ¿por qué no hemos encontrado ninguna todavía? Si bien no interactuarían mucho con la materia ordinaria, siempre hay una pequeña posibilidadque una partícula de materia oscura podría golpear una partícula normal como un protón o un electrón mientras viaja por el espacio. Por eso, los investigadores han construido experimento tras experimento para estudiar un gran número de partículas ordinarias en las profundidades del subsuelo, donde están protegidas de la radiación interferente que podría imitaruna colisión de partículas de materia oscura. ¿El problema? Después de décadas de búsqueda, ninguno de estos detectores ha hecho un descubrimiento creíble. A principios de este año, el experimento PandaX chino informó la última no detección de WIMP. Parece probable que las partículas de materia oscura seanmucho más pequeños que los WIMP, o carecen de las propiedades que los harían fáciles de estudiar, el físico Hai-Bo Yu de la Universidad de California, Riverside le dijo a Rhythm89 en ese momento .

¿La materia oscura consta de más de una partícula?

Crédito de la imagen: Maria Starovoytova / Shutterstock

La materia ordinaria está formada por partículas cotidianas como protones y electrones, así como todo un zoológico de partículas más exóticas como neutrinos, muones y piones. Entonces, algunos investigadores se han preguntado si la materia oscura, que constituye el 85 por ciento de la materiaen el universo, también podría ser igual de complicado. "No hay una buena razón para suponer que toda la materia oscura en el universo está construida a partir de un tipo de partícula", dijo el físico Andrey Katz de la Universidad de Harvard a Space.com, el sitio hermano de Rhythm89 . Los protones oscuros podrían combinarse con los electrones oscuros para formar átomos oscuros, produciendo configuraciones tan diversas e interesantes como las que se encuentran en el mundo visible, dijo Katz. Si bien tales propuestas se han imaginado cada vez más en los laboratorios de física, encontrar una manera de confirmar onegarlos ha eludido hasta ahora a los científicos. [ Extraños quarks y muones, ¡Dios mío! Las partículas más pequeñas de la naturaleza diseccionadas ]

¿Existen fuerzas oscuras?

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Junto con partículas adicionales de materia oscura, existe la posibilidad de que la materia oscura experimente fuerzas análogas a las que siente la materia regular. Algunos investigadores han buscado "fotones oscuros", que serían como los fotones intercambiados entre partículas normales que dan origena la fuerza electromagnética, excepto que solo las sentirían las partículas de materia oscura. Los físicos en Italia se están preparando para romper un haz de electrones y sus antipartículas, conocidas como positrones, en un diamante como Rhythm89 informó anteriormente . Si fotones oscuros existen, los pares de electrones y positrones podrían aniquilarse y producir una de las extrañas partículas portadoras de fuerza, lo que podría abrir un sector completamente nuevo del universo.

¿Podría la materia oscura estar hecha de axiones?

Crédito de la imagen: Marcel Clemens / Shutterstock

A medida que los físicos se enamoran cada vez más de los WIMP, otras partículas de materia oscura están comenzando a ganar popularidad. Uno de los principales reemplazos es una partícula hipotética conocida como axión, que sería extremadamente liviana, quizás tan pequeña como 10 elevada ala potencia 31 es menos masiva que un protón. Actualmente se están buscando axiones en algunos experimentos. Simulaciones por computadora recientes han planteado la posibilidad de que estos axiones puedan formar objetos similares a estrellas, que podrían producir radiación detectable que sería bastante similar a fenómenos misteriososconocidas como ráfagas de radio rápidas, como Rhythm89 informado anteriormente .

¿Cuáles son las propiedades de la materia oscura?

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Los astrónomos descubrieron la materia oscura a través de sus interacciones gravitacionales con la materia ordinaria, lo que sugiere que esta es su principal forma de dar a conocer su presencia en el universo. Pero al tratar de comprender la verdadera naturaleza de la materia oscura, los investigadores tienen muy poco en qué avanzar.Según algunas teorías, las partículas de materia oscura deberían ser sus propias antipartículas, lo que significa que dos partículas de materia oscura se aniquilarían entre sí cuando se encontraran. El experimento del Espectrómetro Magnético Alfa AMS en la Estación Espacial Internacional ha sido buscando los signos reveladores de esta aniquilación desde 2011 y ya ha detectado cientos de miles de eventos. Los científicos aún no están seguros de si provienen de la materia oscura, y la señal aún tiene que ayudarlos a precisar qué es exactamente la materia oscura.

¿Existe materia oscura en todas las galaxias?

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Debido a que pesa mucho más que la materia ordinaria, a menudo se dice que la materia oscura es la fuerza controladora que organiza grandes estructuras como las galaxias y los cúmulos galácticos. Por lo tanto, fue extraño cuando, a principios de este año, los astrónomos anunciaron que habían encontrado una galaxia.llamado NGC 1052-DF2 que parecía contener casi nada de materia oscura. "La materia oscura aparentemente no es un requisito para formar una galaxia", Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale le dijo a Space.com en ese momento . Sin embargo, durante el verano, un equipo separado publicó un análisis que sugiere que el equipo de van Dokkum había medido mal la distancia a la galaxia, lo que significa que su materia visible era mucho más tenue y liviana que los primeros hallazgos y que una mayor parte de su masa estaba en materia oscura de lo que se sugirió anteriormente.

¿Qué pasa con los resultados de DAMA / LIBRA?

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Un antiguo misterio en la física de partículas son los desconcertantes resultados de un experimento europeo conocido como DAMA / LIBRA. Este detector, ubicado en una mina subterránea debajo de la montaña Gran Sasso en Italia, ha estado buscando una oscilación periódica en la materia oscura.partículas. Esta oscilación debería surgir cuando la Tierra se mueve en su órbita alrededor del sol mientras vuela a través de la corriente galáctica de materia oscura que rodea nuestro sistema solar, a veces llamada viento de materia oscura. Desde 1997, DAMA / LIBRA ha afirmado ver exactamente esta señal , aunque ningún otro experimento ha visto algo como esto.

¿Podría la materia oscura tener carga eléctrica?

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Una señal del comienzo de los tiempos ha llevado a algunos físicos a sugerir que la materia oscura podría tener una carga eléctrica. Las estrellas emitieron radiación con una longitud de onda de 21 centímetros en la infancia del universo, solo 180 millones de años después del Big Bang.luego fue absorbido por hidrógeno frío que estaba alrededor al mismo tiempo. Cuando se detectó esta radiación en febrero de este año, su firma sugirió que el hidrógeno estaba mucho más frío de lo que habían predicho los científicos. El astrofísico Julian Muñoz de la Universidad de Harvard planteó la hipótesis de que la materia oscura conuna carga eléctrica podría haber alejado el calor del hidrógeno omnipresente, algo así como cubitos de hielo flotando en la limonada como le dijo a Rhythm89 en ese momento . Pero la conjetura aún no se ha confirmado.

¿Pueden las partículas ordinarias descomponerse en materia oscura?

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Los neutrones son partículas de materia regulares con una vida útil limitada. Después de unos 14,5 minutos, un neutrón solitario desacoplado de un átomo se desintegrará en un protón, un electrón y un neutrino. Pero dos configuraciones experimentales diferentes dan tiempos de vida ligeramente diferentes para esta desintegración, conla discrepancia entre ellos alrededor de 9 segundos, según experimentos citados en un estudio de julio en el Revista Physical Review Letters . A principios de este año, los físicos sugirieron que si el 1 por ciento de las veces, algunos neutrones se descomponían en partículas de materia oscura, podría explicar esta anomalía. Christopher Morris del Laboratorio Nacional de Los Alamos, en Nuevo México, y su equipomonitorearon neutrones en busca de una señal que podría ser materia oscura pero no pudieron detectar nada. Sugirieron que aún podrían ser posibles otros escenarios de desintegración, según el estudio.