La extraña forma de la materia oscura viscosa, que representa la mayor parte de la materia en el universo, podría tener un efecto sorprendente en su evolución temprana y facilitar la detección de las ondas del Big Bang. Se sabe que la materia oscura es una sustancia misteriosa que constituye el 80% de la sustancia en nuestro mundo, pero que interactúa con la materia ordinaria solo gravitacionalmente. Por el momento, se considera que el candidato más popular para la materia oscura son los WIMP (WIMP), partículas masivas de interacción débil, pero décadas de búsqueda de esta partícula no han conducido a nada. Los WIMP también predicen cosas específicas que no vemos en el Universo, como un enjambre de mini-galaxias alrededor de la Vía Láctea.
Hay otros candidatos a materia oscura. Por ejemplo, Paul Shapiro de la Universidad de Texas en Austin y sus colegas investigaron previamente una forma alternativa de materia oscura que incluye partículas llamadas bosones, que, a diferencia de los WIMP y la materia ordinaria, pueden estar en el mismo estado cuántico. Esta propiedad también podría permitirles fusionarse en un estado extraño y viscoso de la materia: un condensado de Bose-Einstein (BEC), en el que una población de una partícula se comporta como un solo objeto cuántico.
Ahora Shapiro y su estudiante graduada Buha Li están estudiando cómo esta forma de materia oscura podría haber afectado al universo primitivo.
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Brote de crecimiento
Los cosmólogos están acostumbrados a pensar que en los primeros momentos de su existencia, el universo experimentó un crecimiento exponencial. Esta expansión, que tuvo lugar en los primeros segundos después del Big Bang, se llama inflación y se suponía que enviaba ondas relativistas a través del espacio-tiempo: ondas gravitacionales primordiales (o primitivas, llámelas como se quiera).
Los físicos pensaron que estaban viendo evidencia de estas ondas cuando trabajaron con el telescopio BICEP2 en 2013, pero resultó que este no fue el caso. Pero a principios de este año, el experimento LIGO vio ondas gravitacionales de agujeros negros en colisión, lo que demostró que tales ondas realmente existen.
En la imagen estándar, estas ondas gravitacionales primordiales deberían ser tan pequeñas que LIGO nunca las verá. “Algo completamente diferente está sucediendo en nuestro modelo”, dice Shapiro. "La materia oscura cambia su comportamiento si retrocedemos en el tiempo".
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Aunque la materia oscura viscosa se comporta exactamente de la misma manera que los WIMP hoy en día, los cálculos de los científicos muestran que en las primeras etapas su comportamiento cambió: no actuó como materia, sino como radiación. Retrocediendo aún más en el tiempo, la materia oscura era más densa y se comportaba como un líquido, resistiendo la compresión.
“Cuando intentamos romperlo, debemos tener en cuenta la presión”, dice Shapiro. - Cuando lo recoges en una pila, quiere hincharse. Parece que llenamos el Universo de líquido.
Los científicos no esperaban encontrar esto.
Esta elasticidad significa que esta extraña materia oscura viscosa puede haber frenado la tasa de expansión del universo en ese momento. A partir del final de la inflación, el universo se expandiría mucho más lentamente con materia oscura que sin ella.
Pero las ondas gravitacionales primarias deberían haber atravesado el joven Universo a la misma velocidad que antes. Y como eran más fáciles de imprimir en segundo plano, podrían ser más fáciles de detectar.
Ondas primarias
En una charla en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física en Salt Lake City, Utah, el mes pasado, un par de científicos dijeron que tal materia oscura podría suprimir la expansión lo suficiente como para que las ondas gravitacionales primordiales sean detectadas por las fuerzas LIGO.
“En la historia estándar, sin nuestra materia oscura, estarán muy por debajo del límite en el que los detectores de ondas gravitacionales, actuales o futuras, pueden detectarlos. Pero nuestro modelo muestra que todavía hay esperanza.
Tanya Rejimbo del equipo LIGO señala que, dado que hay tantas cosas que no sabemos sobre cómo era el universo primitivo, es imposible decir con certeza sobre tal posibilidad. En su opinión, no hay garantía de que existan estas ondas o de que nuestros futuros detectores puedan verlas. Pero este trabajo es interesante porque brinda esa oportunidad.
ILYA KHEL
