Científicos han propuesto que la materia oscura —un material cósmico no identificado que se considera uno de los mayores misterios de la ciencia— se forjó en un segundo Big Bang y ocurrió dentro de un mes del nacimiento de nuestro universo.
Esta nueva «cosmología alternativa» podría dar cuenta de algunos de los enigmas más desconcertantes sobre la materia oscura, que es unas cinco veces más abundante que la materia visible regular que forma estrellas y planetas, pero aún así ha eludido la detección directa.
Los científicos creen que la materia oscura existe porque podemos ver sus efectos gravitatorios sobre la materia regular; por ejemplo, las galaxias se mantienen unidas por densos cúmulos de materia oscura llamados halos. Pero aunque su influencia fantasmal puede observarse indirectamente, los intentos de capturar una partícula de materia oscura aquí en la Tierra han fallado constantemente, lo que sugiere que este material existe en algún tipo de reino de sombras que tiene un vínculo gravitacional muy tenue con nuestro propio universo visible.
Katherine Freese y Martin Wolfgang Winkler, dos físicos de la Universidad de Texas en Austin, han propuesto ahora que la materia oscura es un caso atípico tan extraño porque tiene una génesis completamente diferente a la del resto del universo.
El segundo Big Bang
Nuestro modelo existente del cosmos asume que tanto la materia regular como la oscura nacieron en el Big Bang, un momento repentino de inflación extrema que se considera el pistoletazo de salida del universo.
Freese y Winkler dan un vuelco a esta idea al sugerir que la materia oscura podría formarse en un segundo «Big Bang, uno «oscuro», que ocurrió dentro de un mes del primero.
«Según el modelo estándar cosmológico, el universo muy primitivo pasó por una época de inflación, una rápida expansión del espacio impulsada por la energía del vacío», dijeron Freese y Winkler en su estudio publicado en arXiv, que aún no ha sido revisado por pares. «Los orígenes de la materia y la radiación se encuentran en el Big Bang Caliente que termina la inflación y libera la energía del vacío en un plasma de partículas. Este último contiene los fotones, leptones y quarks de nuestro universo visible y, en la imagen estándar, también la materia oscura».
«Sin embargo, no existe una razón genuina para un origen común de la materia visible y oscura más allá de la simplicidad», continuó el equipo. «Además, a pesar de las búsquedas experimentales excesivas durante décadas, no se han detectado interacciones directas no gravitacionales entre la materia visible y la oscura. Bajo esta luz, presentaremos un escenario cosmológico alternativo en el que el sector visible y el oscuro (materia) están completamente desacoplados (aparte de la gravedad). El Big Bang Caliente solo induce radiación visible y materia, pero nada de materia oscura».
Distribución estimada de materia y energía oscura en el universo.
Es una nueva interpretación alucinante de nuestros orígenes cósmicos, pero los investigadores dijeron que la idea de un Big Bang Oscuro no parece violar las restricciones asociadas con los modelos de formación de estructuras cósmicas tempranas, siempre que la materia oscura emergiera unas pocas semanas después del nacimiento del universo.
Hay una serie de escenarios posibles que podrían conducir a este doble golpe al principio de los tiempos, pero Freese y Winkler se centran en lo que se conoce como «una transición de fase de primer orden» que condujo a la creación de la materia oscura.
Esencialmente, además de producir las semillas de la materia regular, el Big Bang original generó un campo cuántico oscuro que no decayó de inmediato. A medida que pasaban los días en la infancia del universo, la materia regular se enfrió en átomos, un proceso conocido como nucleosíntesis del Big Bang (BBN). En algún punto alrededor del punto de BBN, el campo cuántico oscuro finalmente decayó y transformó su estado, provocando el Big Bang Oscuro que creó la materia oscura.
En busca de los rastros
Una de las implicaciones más emocionantes de un Big Bang Oscuro es que dejaría rastros que podrían ser potencialmente detectables por los instrumentos modernos. Por ejemplo, un evento de esta escala probablemente produciría ondas gravitacionales, que son ondas en el espacio-tiempo, que podrían observarse en las observaciones de estrellas ultradensas conocidas como púlsares.
Pero Freese y Winkler van más allá. Sugieren, de hecho, que un proyecto conocido como International Pulsar Timing Array (IPTA) ya puede haber detectado evidencia potencial de un Big Bang Oscuro.
El telescopio Green Bank de 100 metros, el telescopio totalmente orientable más grande del mundo, es un instrumento central para el experimento de matriz de sincronización de púlsares de NANOGrav. Crédito: Jiuguang Wang.
«Curiosamente, una señal tentativa de onda gravitacional del experimento NANOGrav (incluido en la red IPTA) ya podría interpretarse como la primera señal del Big Bang Oscuro», agregaron los investigadores.
Futuros instrumentos, como el enorme Square Kilometre Array (SKA), podrían proporcionar aún más sensibilidad a la búsqueda de signos de este origen especulativo de la materia oscura. En este punto, es difícil predecir si esta explicación inusual para la materia oscura podría alguna vez estar respaldada por pruebas sólidas, pero el nuevo estudio proporciona una hoja de ruta para buscar la respuesta a uno de los enigmas más difíciles de resolver de la ciencia.
Fuente: Motherboard. Edición: MP.
