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Los fotones oscuros podrían formar la materia oscura

La materia oscura podría estar formada por fotones oscuros ultraligeros que calentaron nuestro universo.

Los fotones oscuros podrían formar la materia oscura (Doctor Fision)
La materia oscura podría estar formada por fotones oscuros ultraligeros que calentaron nuestro universo: este es un nuevo escenario propuesto en un estudio publicado recientemente en Physical Review Letters. Esta hipótesis, dicen los autores, está en excelente acuerdo con las observaciones realizadas por el Espectrógrafo de Origen Cósmico (COS) a bordo del Telescopio Espacial Hubble, que toma medidas de la "telaraña cósmica", la compleja y tenue red de filamentos que llena el espacio. entre galaxias.
Los datos recopilados por COS sugieren que los filamentos intergalácticos cósmicos son más calientes que las predicciones de las simulaciones hidrodinámicas del modelo estándar de formación de estructuras.
"Dado que los fotones oscuros podrían convertirse en fotones de baja frecuencia y calentar las estructuras cósmicas", explican los científicos, "bien podrían explicar la información experimental". El estudio ha sido realizado por investigadores de SISSA en colaboración con investigadores de las universidades de Tel Aviv, Nottingham y Nueva York.
"Los fotones oscuros son nuevas partículas hipotéticas que son los portadores de fuerza de una nueva fuerza en el sector oscuro, muy parecido a cómo el fotón es el portador de fuerza del electromagnetismo", los autores James S. Bolton (Universidad de Notitngham), Andrea Caputo (CERN y la Universidad de Tel Aviv), Hongwan Liu (Universidad de Nueva York) y Matteo Viel (SISSA) explican.
"Sin embargo, a diferencia del fotón, pueden tener masa. En particular, el fotón oscuro ultraligero, con una masa tan pequeña como veinte órdenes de magnitud menor que la del electrón, es un buen candidato para la materia oscura".
Los fotones oscuros podrían formar la materia oscura

También se espera que los fotones oscuros y los fotones regulares se mezclen como los diferentes tipos de neutrinos, lo que permite que la materia oscura de fotones oscuros ultraligeros se convierte en fotones de baja frecuencia. Estos fotones calentarán la red cósmica pero, a diferencia de otros mecanismos de calentamiento, basados en procesos astrofísicos, como la formación de estrellas y los vientos galácticos, este proceso de calentamiento es más difuso y eficiente también en regiones poco densas.
La formación de estrellas es el proceso por el cual partes densas de nubes moleculares colapsan en una bola de plasma para formar una estrella. Como rama de la astronomía, la formación estelar incluye el estudio del medio interestelar y las nubes moleculares gigantes (GMC) como precursores del proceso de formación estelar y el estudio de los objetos estelares jóvenes y la formación de planetas como sus productos inmediatos. La teoría de la formación estelar, además de dar cuenta de la formación de una sola estrella, también debe tener en cuenta las estadísticas de las estrellas binarias y la función de masa inicial.
Matteo Viel explica: "Por lo general, los filamentos cósmicos se han utilizado para investigar las propiedades de la materia oscura a pequeña escala , mientras que en este caso hemos utilizado por primera vez los datos del medio intergaláctico de bajo corrimiento al rojo como calorímetro, para comprobar si todos los procesos de calentamiento que somos conscientes son suficientes para reproducir los datos. Encontramos que no es así: falta algo, que modelamos como una contribución producida por el fotón oscuro".
Materia es un término general para la sustancia de la que consisten todos los objetos físicos. Típicamente, la materia incluye átomos y otras partículas que tienen masa. Una forma común de definir la materia es como cualquier cosa que tenga masa y ocupe un volumen. Sin embargo, diferentes campos usan el término de maneras diferentes ya veces incompatibles; no existe un único significado científico acordado de la palabra "materia".
Se dice comúnmente que la materia existe en cuatro estados (o fases ): sólido, líquido, gas y plasma. Sin embargo, los avances en las técnicas experimentales han dado cuenta de otras fases, anteriormente solo construcciones teóricas, como los condensados de Bose-Einstein y los condensados fermiónicos. Un enfoque en una visión de partículas elementales de la materia también conduce a nuevas fases de la materia, como el plasma de quarks y gluones.
En el ámbito de la cosmología, se invocan extensiones del término materia para incluir materia oscura y energía oscura, conceptos introducidos para explicar algunos fenómenos extraños del universo observable, como la curva de rotación galáctica. Estas formas exóticas de "materia" no se refieren a la materia como "bloques de construcción", sino a formas de masa y energía actualmente poco conocidas.
El trabajo identificó la masa y la mezcla del fotón oscuro con el fotón del modelo estándar necesario para reconciliar la discrepancia entre las observaciones y la simulación; este esfuerzo podría impulsar más investigaciones teóricas y de observación para explorar la emocionante posibilidad de que el fotón oscuro pueda constituir la materia oscura.
Referencias:
SISSA 2022. Scientists find new hints that dark matter could be made up of dark photons. (Press Release)

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