La búsqueda de la quinta fuerza se centra en el Cúmulo Bala

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Observando la velocidad de la colisión entre los dos cúmulos galácticos en el Cúmulo Bala, Glennys Farrar y Rachel Rosen de la Universidad de Nueva York en los Estados Unidos creen que podrían ser capaces de ver si la materia oscura interactúa a través de una “quinta fuerza” además de las cuatro que predice nuestro actual Modelo Estándar de la física de partículas. (Imagen cortesía de NASA)

Muchos físicos te dirán felizmente que el universo está principalmente compuesto de una sustancia llamada materia oscura, pero pide una respuesta definitiva o por qué aún no la hemos vislumbrado aún y te encontrarás con una cara pálida. Los investigadores de los Estados Unidos, sin embargo, creen que la respuesta podría encontrarse en los restos de la colisión de dos cúmulos galácticos, donde pueden haber captado un vistazo fugaz de la materia oscura interactuando a través de una “quinta fuerza” de largo alcance. Si existe esta quinta fuerza, el Modelo Estándar de física de partículas actual, que ha estado con nosotros durante casi 30 años, requeriría de una profunda revisión (Phys. Rev. Lett. 98 171302).

De acuerdo con nuestras probadas y comprobadas leyes de la gravedad, las galaxias no tienen suficiente materia visible cercana para mantenerse unidas mientras rotan. Esta es la razón principal por la que los físicos piensan que deben contener un componente extra de “materia oscura”, que tal y como sugiere su nombre se ha mantenido oculta pesar de todos nuestros intentos por observarla directamente. Esto podría ser debido a que las interacciones con la materia común son tan débiles que han pasado por debajo del umbral de detección de todos los experimentos de laboratorio actuales de la Tierra. Por otra parte, podría interactuar a través de alguna fuerza de largo alcance distinta de las cuatro fuerzas que aparecen en el Modelo Estándar establecido, lo que significa que sólo sería revelado indirectamente estudiando grandes objetos tales como las galaxias.

Glennys Farrar y Rachel Rosen de la Universidad de Nueva York en los Estados Unidos creen que la prueba para tal “quinta fuerza” podría haberse hallado en el estudio de una colisión entre dos cúmulos de galaxias individuales a una distancia de unos tres mil millones de años luz. Este choque, que ha sido llamado por el colectivo Cúmulo Bala, consiste en un cúmulo galáctico “bala” más pequeño que para a través de un cúmulo galáctico excepcionalmente grande.

El truco para su razonamiento está en colocar limitaciones plausibles a las aproximaciones iniciales de velocidad y distribución de masa que pudiese haber tenido la bala, dando lo que los astrónomos ya conocen sobre la dinámica de los cúmulos galácticos. Entonces, registrando la velocidad a la que la bala se aleja del cúmulo grande serían capaces de deducir su la aceleración tiene el valor que se produciría cuando la materia oscura actúa sólo con la gravedad.

Farrar y Rosen ya han probado su teoría usando datos de rayos-X tomados del satélite Chandra, que sugieren que la velocidad del “frente de choque” de la bala es de 4740 km/s. Esta velocidad es demasiado alta para que haya sido producida sólo por la gravedad, lo que implica que la gravedad que actúa sobre la materia oscura del Cúmulo Bala está siendo aumentada por una quinta fuerza entre 0,4 y 1,2 veces más potente. Tal quinta fuerza, si existe, sería la prueba de que el Modelo Estándar es incompleto – y que requiere posiblemente extensiones tales como la supersimetría que incluye partículas portadoras de fuerza adicionales.

Sin embargo, los físicos creen ahora que la velocidad de la bala dada por los datos de Chandra podría no ser muy correcta. En particular, Farrar cree que la velocidad registrada era la del frente de choque en relación al gas que lo rodea, el cual cae hacia el cúmulo. Esto significa que los datos producidos y estimados para la velocidad general de la colisión son demasiado altos en unos 1500 km/s (arXiv.org/astro-ph/0703232).

Farrar comenta a Physics Web que es demasiado pronto para saber si esto descarta la existencia de la quinta fuerza, ya que tendrán que reanalizar el Cúmulo Bala usando las medidas actualizadas. Sin embargo, Douglas Clowe, cosmólogo de la Universidad de Ohio en los Estados Unidos que ha pasado mucho tiempo buscando la prueba de la materia oscura en el Cúmulo Bala, dice que la prueba para la quinta fuerza realizada por Farrar y Rosen aún tendrá importancia en el futuro. “Si se mide [finalmente] una quinta fuerza o si ponemos un límite en lo fuerte que puede ser podría ayudar a continuar nuestra búsqueda de qué es en realidad la materia oscura – pero es improbable que ésta sea la pieza final que la identifique”.



Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 9 de mayo de 2007
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