Un grupo de investigadores plantea que algo, denominado nubes de bosones, podría permitir explicar qué es la materia oscura. No podemos olvidar que se trata de uno de los grandes desafíos de la astronomía moderna. A pesar de su abundancia, todavía es muy desconocida…
La naturaleza de la materia oscura y las nubes de bosones
La búsqueda de partículas de materia oscura ha sido infructuosa por el momento. Aunque se han llevado a cabo muchos intentos, todos han terminado en fracaso. Por ello, en algunos entornos se ha planteado que quizá no exista y sea necesaria una explicación alternativa. En otros, sin embargo, continúa la búsqueda de evidencias indirectas que confirmen su existencia. Aquí es donde entra en escena un grupo de investigadores, que ha publicado los resultados de su experimento. Han buscado la presencia de algo que se puede describir como nubes de bosones.
La materia oscura, por sus características, no puede ser materia regular. La materia regular (los átomos, moléculas, etc.) absorben y emiten luz, haciéndola fácilmente detectable. La materia oscura, se podría pensar, podría estar compuesta por moléculas tremendamente frías. Apenas emitirían luz. Pero serían detectables por la que absorberían. Parecerían algo similar a las nebulosas oscuras que se pueden observar en lo largo y ancho de la Vía Láctea. Esas nebulosas oscuras no son suficientes para explicar los efectos que se le atribuyen a la materia oscura.
También se ha descartado que los neutrinos puedan cumplir esa función. No interactúan con la luz de una manera destacable, pero son un forma de materia oscura caliente, al moverse casi a la velocidad de la luz. Esa es la definición de materia oscura caliente, estaría formada por partículas que se muevan a velocidades muy cercanas a la de la velocidad de la luz. Sin embargo, casi toda la materia oscura debe ser mucho más lenta y, por tanto fría. Así que, si realmente hay materia oscura en abundancia, tiene que estar compuesta por otra cosa.
El papel de los bosones escalares
Los autores plantean que la materia oscura podría estar formada por bosones escalares. Toda la materia puede dividirse en dos grandes categorías, los fermiones y los bosones. A qué categoría corresponde una partícula depende de una propiedad cuántica, conocida como espín. Los fermiones, como los electrones o quarks, tienen un espín fraccionado tal como 1/2 o 3/2. Los bosones, como los fotones, tienen un espín entero, como 1 o 0. Cualquier partícula cuyo espín sea cero será un bosón escalar. Aunque puede parecer un detalle menor, no es así.
Los dos tipos de partículas se comportan de maneras muy diferentes al encontrarlos en grandes agrupaciones Los fermiones nunca pueden ocupar el mismo estado cuántico. Así que, si intentas comprimirlos, ofrecen resistencia. Esto es lo que permite explicar la existencia de enanas blancas y estrellas de neutrones. La gravedad intenta comprimir esos electrones o neutrones, pero la presión ejercida es tan intensa que puede resistir a la gravedad. O, por lo menos, hasta cierto punto (con demasiada masa, simplemente, se convierten en agujeros negros).
Los bosones, sin embargo, pueden ocupar el mismo estado cuántico. Así que si superenfrías un montón de bosones (como el helio-4) pueden terminar en un estado cuántico conocido como condensado de Bose-Einstein. El único bosón escalar conocido es el bosón de Higgs. Por sus propiedades, no puede ser materia oscura. Hay hipótesis que plantean que podría haber otros bosones escalares. Apenas interactuarían con la luz, solo lo harían con la gravedad. Como la luz no puede calentarlos de forma significativa, estos bosones escalares se enfriarían y colapsarían en nubes de bosones.
Grandes nubes de bosones escalares
Así que, plantean los investigadores, la materia oscura podría estar compuesta por grandes nubes difusas de bosones escalares. Aunque la idea pueda resultar interesante, es necesario demostrar que no es descabellada. Por lo que, explican, como los bosones escalares interactúan con la gravedad, también lo hacen con las ondas gravitacionales. En función de su masa, los bosones escalares pueden degradarse a través de la emisión de gravitones. Como resultado, podrían emitir ondas gravitacionales, de larga duración, con una frecuencia similar.
Desde el punto de vista gravitacional, sería como un leve zumbido. Lo interesante es que es algo que se puede buscar. Los investigadores han repasado los datos de LIGO y Virgo en busca de su presencia. Se han centrado en la franja de 20 a 600 hercios pero no han logrado encontrarlo. Por lo que, basándose en esos resultados, llegan a la conclusión de que no hay nubes jóvenes de bosones escalares en la galaxia. Tampoco parece haber nubes, viejas y frías, de bosones escalares en una distancia de unos 3000 años-luz alrededor de la Tierra.
Aunque el estudio no permite descartar por completo a los bosones escalares, sí permite definir límites muy concretos. Algo que resulta igualmente útil porque permitirá descartar aquellas hipótesis que no encajen con esos límites. En campos como el de la materia oscura, donde es imposible estudiarla, al menos por ahora, es un paso importante. Al poder descartar hipótesis, se pueden plantear otras que se ajusten a lo que se está conociendo. Tarde o temprano, es de esperar que se terminará dando con la forma de comprender qué es, y cómo funciona, la materia oscura…
Estudio
El estudio es The LIGO Scientific Collaboration, The Virgo Scientific Collaboration y The KAGRA Collaboration (R. Abbott, H. Abe, F. Acernese et al.); «All-sky search for gravitational wave emission from scalar boson clouds around spinning black holes in LIGO O3 data». Está disponible para su consulta en arXiv.
Referencias: Universe Today
