1 ago. 2016

La curvatura del espacio podría inducir la desintegración de partículas de materia oscura

El único efecto de la materia oscura observado hasta ahora es la intensa atracción gravitatoria que esta misteriosa sustancia ejerce sobre las estrellas y las galaxias. En concreto, tal y como deja adivinar su nombre, la materia oscura no absorbe ni emite luz, por lo que suele decirse que las hipotéticas partículas que la componen no interaccionan con los fotones ni con las demás partículas ordinarias.


Mapa del cielo en rayos gamma obtenido por el telescopio espacial Fermi, de la NASA. La banda roja central corresponde al disco galáctico. Varios estudios han intentado buscar emisiones procedentes del centro de la galaxia que pudieran corresponder a la desintegración de partículas de materia oscura. [NASA/DOE/Colaboración Fermi-LAT]




No obstante, si lo anterior fuese estrictamente cierto, las partículas de materia oscura serían imposibles de detectar más allá de sus efectos gravitatorios. De hecho, la mayoría de los modelos sí contemplan algún tipo de interacción entre la materia oscura y la ordinaria, solo que una muy débil: de tanto en tanto, algunas partículas de materia oscura se desintegrarían y se convertirían en fotones, neutrinos o antimateria. Hasta ahora, sin embargo, nadie ha conseguido atisbar ningún indicio claro de esos débiles destellos que, en caso de producirse, deberían emanar de aquellas regiones en las que existe una gran acumulación de materia oscura, como el centro galáctico.

¿Qué ocurriría si la materia oscura fuese realmente estable y no interaccionase en absoluto con las partículas del modelo estándar? En un artículo publicado hace unos días en Physical Review Letters, Oscar Catà, de la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich, y Alejandro Ibarra y Sebastian Ingenhütt, de la Universidad Técnica de Múnich, han considerado dicha posibilidad. Los investigadores demuestran que, a pesar de la ausencia de interacciones directas, una amplia familia de modelos sigue prediciendo la conversión de partículas de materia oscura en partículas ordinarias. Dichas desintegraciones estarían inducidas por la curvatura del espacio, la manifestación de la gravedad según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.

Lo anterior se debe a que, aunque la materia oscura no interaccione con las partículas ordinarias, sí debe hacerlo con la gravedad, ya que esta fuerza es universal y, de hecho, es la única conocida a través de la cual se han observado los efectos de la materia oscura. En general, el acoplamiento entre la materia oscura y la gravedad podría ser de dos clases: del tipo que los físicos llaman «mínimo» o más complejo. Sin embargo, Catà y sus colaboradores argumentan que, a menos que algún nuevo principio físico lo prohíba, lo natural es esperar que esas interacciones más complejas estén presentes. El nuevo acoplamiento sería proporcional a la curvatura del espacio e induciría, por medio de lo que los investigadores denominan un «portal gravitatorio», la conversión de partículas de materia oscura en partículas ordinarias, incluso en ausencia de interacciones directas con ellas.

El nuevo escenario exhibe varias consecuencias genéricas; entre ellas, que las tasas de desintegración de las partículas de materia oscura se verían suprimidas por potencias de la masa de Planck, y que las frecuencias relativas entre los distintos modos de desintegración solo dependerían de un parámetro libre: la masa de la partícula de materia oscura. A modo de ejemplo sencillo, los autores consideran la posibilidad de que la materia oscura se componga de un solo tipo de partícula escalar (de espín cero, como el bosón de Higgs). En ese caso concreto, el hecho de que hasta ahora no se hayan observado desintegraciones de materia oscura impone límites muy estrictos al modelo: según los investigadores, los datos apuntarían a la existencia de algún mecanismo encargado de suprimir las interacciones no mínimas entre la materia oscura y la gravedad.

Referencia Bibliográfica:
Versión del artículo técnico disponible en: arXiv.

Fuente: IyC

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