¿Se comporta la materia oscura según las mismas reglas físicas que se aplican a la materia ordinaria? Esta cuestión sigue siendo uno de los mayores enigmas de la cosmología moderna, ya que esta forma invisible de materia (que no emite ni refleja luz) sigue siendo hipotética y extremadamente difícil de estudiar directamente. Investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) e instituciones colaboradoras se propusieron comprobar si la materia oscura sigue un comportamiento familiar a gran escala o si otras fuerzas podrían influir en ella. Su estudio, publicado en Nature Communications, indica que la materia oscura parece actuar de forma muy parecida a la materia ordinaria, aunque aún no pueden descartar la posibilidad de una interacción adicional, previamente desconocida. Dado que se cree que la materia oscura es cinco veces más común que la materia ordinaria, incluso un pequeño conocimiento nuevo ayuda a aclarar su papel en la configuración del Universo.
La materia ordinaria se ve afectada por cuatro fuerzas fundamentales conocidas: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas fuertes y débiles dentro de los átomos. La pregunta es si la materia oscura responde al mismo conjunto de fuerzas. Si bien la materia oscura es invisible y difícil de detectar, aún puede seguir estas leyes familiares o posiblemente estar influenciada por una quinta fuerza que los científicos aún no han identificado.
Investigando cómo se mueve la materia oscura a través de pozos gravitacionales
Para explorar esta posibilidad, el equipo dirigido por UNIGE examinó si la materia oscura se hunde en pozos gravitacionales del mismo modo que lo hace la materia ordinaria a escalas cósmicas. Los objetos masivos distorsionan la estructura del espacio, formando estos pozos. La materia ordinaria (planetas, estrellas y galaxias) cae en ellos de acuerdo con principios físicos establecidos que incluyen la relatividad general de Einstein y las ecuaciones de Euler. El equipo quería saber si la materia oscura se comporta de la misma manera predecible.
«Para responder a esta pregunta, comparamos las velocidades de las galaxias en todo el Universo con la profundidad de los pozos gravitacionales», explica Camille Bonvin, profesora asociada del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de UNIGE y coautora del estudio. «Si la materia oscura no está sujeta a una quinta fuerza, entonces las galaxias, que en su mayoría están compuestas de materia oscura, caerán en estos pozos como la materia ordinaria, gobernadas únicamente por la gravedad. Por otro lado, si una quinta fuerza actúa sobre la materia oscura, influirá en el movimiento de las galaxias, que luego caerán en los pozos de manera diferente. Comparando la profundidad de los pozos con las velocidades de las galaxias, podemos comprobar la presencia de tal fuerza».
La materia oscura parece seguir las ecuaciones de Euler
Utilizando este método con datos cosmológicos modernos, los investigadores descubrieron que la materia oscura se mueve hacia los pozos gravitacionales de la misma manera que la materia ordinaria, lo que significa que esto es consistente con las ecuaciones de Euler. «En este momento, sin embargo, estas conclusiones aún no descartan la presencia de una fuerza desconocida. Pero si esa quinta fuerza existe, no puede exceder el 7% de la fuerza de la gravedad; de lo contrario, ya habría aparecido en nuestros análisis», dice Nastassia Grimm, primera autora del estudio y ex investigadora postdoctoral en el Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de UNIGE, quien recientemente se unió al Instituto de Cosmología y Gravitación de la Universidad de Portsmouth.
Lo que viene después en la búsqueda de nueva física
Estos primeros hallazgos representan un paso importante para perfeccionar nuestra comprensión de la materia oscura. El siguiente objetivo clave es determinar si una quinta fuerza sutil realmente lo afecta. «Los próximos datos de los experimentos más recientes, como LSST y DESI, serán sensibles a fuerzas tan débiles como el 2% de la gravedad. Por lo tanto, deberían permitirnos aprender aún más sobre el comportamiento de la materia oscura», concluye Isaac Tutusaus, investigador del ICE-CSIC y del IEEC y profesor asociado del IRAP, del Observatorio Midi-Pyrénées de la Universidad de Toulouse, coautor del estudio.
La cuestión de si la materia oscura se comporta según las mismas reglas físicas que la materia ordinaria es uno de los mayores enigmas de la cosmología moderna. La materia oscura es una forma invisible de materia que no emite ni refleja luz y es extremadamente difícil de estudiar directamente. Sin embargo, investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE) y otras instituciones han realizado un estudio para comprobar si la materia oscura sigue un comportamiento familiar a gran escala o si otras fuerzas podrían influir en ella.
La materia ordinaria se ve afectada por cuatro fuerzas fundamentales conocidas: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas fuertes y débiles dentro de los átomos. La pregunta es si la materia oscura responde al mismo conjunto de fuerzas. Para explorar esta posibilidad, el equipo dirigido por UNIGE examinó cómo se mueve la materia oscura a través de pozos gravitacionales, que son regiones del espacio donde la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar.
El equipo comparó las velocidades de las galaxias en todo el universo con la profundidad de los pozos gravitacionales. Si la materia oscura no está sujeta a una quinta fuerza, entonces las galaxias, que en su mayoría están compuestas de materia oscura, caerán en estos pozos como la materia ordinaria, gobernadas únicamente por la gravedad. Por otro lado, si una quinta fuerza actúa sobre la materia oscura, influirá en el movimiento de las galaxias, que luego caerán en los pozos de manera diferente.
Utilizando datos cosmológicos modernos, los investigadores descubrieron que la materia oscura se mueve hacia los pozos gravitacionales de la misma manera que la materia ordinaria, lo que significa que esto es consistente con las ecuaciones de Euler. Sin embargo, estas conclusiones aún no descartan la presencia de una fuerza desconocida. Si una quinta fuerza existe, no puede exceder el 7% de la fuerza de la gravedad; de lo contrario, ya habría aparecido en sus análisis.
Estos hallazgos representan un paso importante para perfeccionar nuestra comprensión de la materia oscura. El siguiente objetivo clave es determinar si una quinta fuerza sutil realmente la afecta. Los próximos datos de los experimentos más recientes, como LSST y DESI, serán sensibles a fuerzas tan débiles como el 2% de la gravedad, lo que permitirá a los científicos aprender aún más sobre el comportamiento de la materia oscura.
En resumen, la materia oscura parece seguir las ecuaciones de Euler, lo que sugiere que se comporta de manera similar a la materia ordinaria. Sin embargo, aún no se puede descartar la posibilidad de que una quinta fuerza desconocida influya en su comportamiento. Los futuros experimentos y observaciones serán clave para determinar la naturaleza de la materia oscura y su papel en el universo.
La importancia de este estudio radica en que la materia oscura es cinco veces más común que la materia ordinaria, y su comportamiento es crucial para entender la evolución y la estructura del universo. La comprensión de la materia oscura es fundamental para la cosmología moderna, ya que puede proporcionar pistas sobre la naturaleza de la gravedad y la estructura del universo a gran escala.
En cuanto a las implicaciones de este estudio, si se confirma que la materia oscura se comporta de manera similar a la materia ordinaria, esto podría tener implicaciones importantes para nuestra comprensión del universo. Por ejemplo, podría sugerir que la materia oscura es una forma de materia que se comporta de manera similar a la materia ordinaria, pero con propiedades diferentes. Por otro lado, si se descubre que la materia oscura está sujeta a una quinta fuerza desconocida, esto podría tener implicaciones profundas para nuestra comprensión de la física fundamental y la naturaleza del universo.
En conclusión, el estudio de la materia oscura es un área de investigación activa y emocionante que puede proporcionar nuevas pistas sobre la naturaleza del universo. A medida que los científicos continúan explorando el comportamiento de la materia oscura, es posible que descubran nuevas propiedades y características que nos ayuden a entender mejor el universo y su evolución. La materia oscura es un misterio que sigue siendo uno de los grandes enigmas de la cosmología moderna, pero con estudios como este, estamos un paso más cerca de descubrir sus secretos.