Julián Muñoz, de la Universidad de Harvard dice: “usted ha escuchado de coches eléctricos y de libros electrónicos. Ahora estamos hablando de materia oscura eléctrica“. Muñoz es el investigador líder de un estudio publicado en la revista Nature. Sin embargo, aclara el investigador: “esta carga eléctrica está en una de la escalas más pequeñas”.
Muñoz y su colaborador, Avi Loeb, del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano, en Cambridge, Massachussetts, explora la posibilidad de que las partículas cargadas de la materia oscura puedan interactuar con la materia normal a través de la fuerza electromagnética.
Su nuevo trabajo se basa en resultados anunciados en la detección de las firmas EoR Global (Epoch of Reionization) de EDGES. En febrero, los científicos de este proyecto dijeron que habían detectado firmas de radio de la primera generación de estrellas, y así una posible evidencia de interacción entre la materia oscura y la materia normal. Algunos astrónomos de inmediato retaron los argumentos de EDGES. Sin embargo, Muñoz y Loeb ya estaban viendo las bases teóricas para esta posibilidad.
“Ya somos capaces de contar la historia fundamental de la física con nuestra investigación, sin importar cómo se interpreten los resultados de EDGES”, dijo Loeb, quien es la cabeza del departamento de astronomía de Harvard. “La naturaleza de la materia oscura es uno de los grandes misterios en la ciencia y necesitamos usar todo dato disponible para poder tratar con ella”, indicó.
La historia comienza con las primeras estrellas, las cuales emitieron luz ultravioleta. De acuerdo al escenario comúnmente aceptado, esta luz ultravioleta interactuó con los átomos de hidrógeno frío en forma de gas que se encontraban entre las estrellas y entonces esta radiación se absorbió en forma de fondo de microondas cósmico, dejando así la radiación de fondo que conocemos del Big Bang y que le dio el premio Nobel a Arno Penzias.
El equipo de EDGES dice haber detectado evidencia de esta absorción de radiación, lo cual todavía tiene que corroborarse de manera independiente. No obstante, la temperatura del gas hidrógeno en los datos de EDGES es la mitad del valor esperado. “Si EDGES ha detectado hidrógeno más frío de lo esperado en este período, ¿cómo explicarlo?”, dice Muñoz. “Una posibilidad es que el hidrógeno se enfrío gracias a la interacción de la materia oscura”.
Al mismo tiempo que ocurría este fenómeno, todos los electrones libres, o protones, asociados con la materia normal podrían haberse movido a sus mínimas velocidades y por ende, todas las interacciones entre la materia ordinaria y la materia oscura podrían haber sido las más fuertes posibles si la materia oscura tuviese carga eléctrica. Esta interacción podría causar que el gas hidrógeno se enfriara porque se supone que la materia oscura es fría, dejando una firma potencialmente detectable, como indican los del proyecto EDGES.
“Estamos viendo la posibilidad de que las partículas de la materia oscura tuviesen una carga eléctrica minúscula -igual a un millonésimo de un electrón (cosa que hay que verificar, porque la carga eléctrica está cuantizada, es decir, tiene valores iniciales y múltiplos exactos de la misma), que podrían ser medidos por señales del inicio cósmico”, dijo Loeb. “estas minúsculas cargas eléctricas son imposibles de observar incluso con el más potente de los aceleradores de partículas que se tienen en el mundo”, concluye.
Hasta el momento, solamente pequeñas cantidades de materia oscura con carga eléctrica débil pueden se explicadas por los datos de EDGES y además, evitar el desacuerdo con otras observaciones. Si la mayoría de la materia oscura está cargada, entonces estas partículas podrían ser desviadas de las regiones fuera de nuestra propia galaxia, impidiendo además que pudiesen re-entrar en ella. Estos conflictos con las observaciones muestran grandes cantidades de materia oscura que se localizan cercanas al disco de la Vía Láctea.
De las observaciones conocidas, los protones y electrones combinados en el universo inicial formaron átomos neutros. Una pequeña fracción de estas partículas cargadas, cerca de un par de miles, se mantuvieron libres. Muñoz y Loeb consideran la posibilidad de que la materia oscura haya actuado de una manera similar. Los datos de EDGES y de otros experimentos, podrían ser la única manera de detectar estas partícula cargadas restantes, pues la materia oscura hasta ahora se considera neutral.
“El parámetro espacial viable para este escenario es muy reducido, pero si se confirma por observaciones futuras, podríamos saber algo fundamental de la naturaleza de la materia oscura, el acertijo más grande que la física tiene hoy en día”, doce Cora Dvorkin, quien no está asociada a este trabajo.
Un artículo describiendo estos resultados apareció el 31 de mayo en la revista Nature: Julian B. Muñoz et al. A small amount of mini-charged dark matter could cool the baryons in the early Universe, Nature (2018).
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