¡INSÓLITO! Científicos miden la pérdida de materia oscura desde el nacimiento del universo.

Científicos rusos han descubierto que la proporción de partículas inestables en la composición de la materia oscura en los días inmediatamente después del Big Bang era no más de 2 por ciento a 5 por ciento. Su estudio ha sido publicado en Physical Review D.

 

La discrepancia entre los parámetros cosmológicos del universo moderno y el universo poco después del Big Bang puede explicarse por el hecho de que ha disminuido la proporción de la materia oscura. Los autores del estudio pudieron calcular cuánta materia oscura podría haber sido perdida y cuál sería el tamaño correspondiente del componente inestable. Los investigadores pueden explorar cómo rápidamente esta parte inestable decae y decir si todavía se está desintegrando la materia oscura. Crédito: MIPT

 

"La discrepancia entre los parámetros cosmológicos del universo moderno y el universo temprano después del Big Bang puede explicarse por el hecho de que ha disminuido la proporción de la materia oscura. Ahora, por primera vez, hemos podidos calcular cuánta materia oscura podría haber sido perdida, y cuál sería el tamaño correspondiente del componente inestable,"dice el co-autor Igor Tkachev del Departamento de física Experimental en el INR.

Los astrónomos primero sospechaban que hubo una gran proporción de la masa oculta en el universo en la década de 1930, cuando Fritz Zwicky descubrió "peculiaridades" en un cúmulo de galaxias en la constelación Coma Berenices, las galaxias se movieron como si estuvieran bajo el efecto de la gravedad de una fuente invisible. Esta masa oculta, que sólo se deduce de su efecto gravitacional, le fue dado por nombre materia oscura. Según los datos del telescopio espacial Planck, la proporción de materia oscura en el universo es de 26.8 por ciento; el resto es materia "ordinaria" (4,9%) y energía oscura (68.3 por ciento).

La naturaleza de la materia oscura sigue siendo desconocida. Sin embargo, sus propiedades potencialmente podrían ayudar a los científicos a resolver un problema que se presentó después de estudiar las observaciones desde el telescopio Planck. Este dispositivo mide exactamente las fluctuaciones en la temperatura de la radiación de fondo cósmico de microondas, el "Eco" del Big Bang. Mediante la medición de estas variaciones, los investigadores pudieron calcular parámetros cosmológicos fundamentales utilizando observaciones del universo en la época de recombinación, aproximadamente 300.000 años después del Big Bang.

 

La concentración del componente inestable de la materia oscura F contra la velocidad de expansión de objetos del limite no-gravitacional  (proporcionales a la edad del universo) al examinar varias combinaciones de los datos de Planck para varios diversos fenómenos cosmológicos. Crédito: MIPT

 

Sin embargo, cuando los investigadores midieron directamente la velocidad de la expansión de las galaxias en el universo moderno, resultó que algunos de estos parámetros variaron significativamente, es decir, el parámetro de Hubble, que describe la tasa de expansión del universo, y también el parámetro asociado con el número de galaxias en cúmulos. "Esta variación dio considerablemente más márgenes de error y los errores sistemáticos conocidos por nosotros. Por lo tanto, estamos ya sea tratando con algún tipo de error desconocido, o la composición del universo antiguo es considerablemente diferente al universo moderno,"dice Tkachev.

La discrepancia puede explicarse por la hipótesis de materia oscura (DDM) que se decae, que establece que en el universo temprano, había más materia oscura, pero luego decayó parte de ella.

"Imaginemos que la materia oscura consiste de varios componentes, como materia ordinaria (protones, electrones, neutrones, neutrinos, fotones). Y uno de los componentes consiste en partículas inestables con una vida útil bastante larga. En la época de la formación de hidrógeno, cientos de miles de años después del Big Bang, están todavía en el universo, pero por ahora (miles de millones de años), han desaparecido, habiendo decaído en neutrinos o hipotéticas partículas relativistas. En ese caso, la cantidad de materia oscura en la época de formación de hidrógeno y hoy será diferente,"dice el principal autor Dmitry Gorbunov, profesor de MIPT y miembro del personal en el INR.

Los autores del estudio analizaron datos de Planck y los compararon con el modelo DDM y el modelo ΛCDM estándar (materia oscura fría Lambda) con materia oscura estable. La comparación mostró que el modelo DDM es más consistente con los datos observacionales. Sin embargo, los investigadores encontraron que el efecto de lentes gravitacionales (la distorsión de la radiación de fondo cósmico de microondas por un campo gravitatorio) limita enormemente la proporción de descomposición de la materia oscura en el modelo DDM.

Utilizando datos de observaciones de diversos efectos cosmológicos, los investigadores fueron capaces de dar una estimación de la concentración relativa de los componentes de la descomposición de la materia oscura en la región de 2 a 5 por ciento.

"Esto significa que en el universo de hoy, hay 5% menos de materia oscura que en la era de la recombinación. No somos actualmente capaces de decir qué tan rápido esta parte inestable se ha descompuesto; la materia oscura puede todavía ser de desintegración incluso ahora, aunque eso sería un modelo diferente y considerablemente más complejo,"dice Tkachev.