El Sol como trampa de materia oscura

SolEl Sol podría ser el mejor lugar para buscar materia oscura; la “sustancia” invisible que se cree que representa alrededor del 83% de la materia en el Universo.

Eso es lo que sugiere una nueva investigación de la Universidad de Oxford publicada recientemente en Physical Review Letters.

El trabajo analiza la posibilidad de que la materia oscura sea mucho más ligera que las partículas WIMP (Weakly Interacting Massive Particles – Partículas Masivas Débilmente Interactivas) que están buscando la mayoría de cazadores de materia oscura. Tales partículas “pesadas” tienen también sus propias antipartículas, de modo que cuando una WIMP se encuentra con otra WIMP se aniquilan entre sí, por lo que es desconcertante que todavía haya mucha materia oscura.

El equipo de Oxford pregunta: ¿qué pasaría si, en lugar de tener 100 veces la masa de un protón, las partículas de materia oscura sólo fueran 5 veces más pesadas que un protón, pero tuvieran la misma asimetría – exceso de partículas sobre antipartículas?

“Si fueran cinco veces más pesadas, serían cinco veces más abundantes. Eso es lo que es la materia oscura”, Subir Sarkar del Centro de Física Teórica Rudolf Peierls de la Universidad de Oxford, que dirigió el trabajo junto a Mads Frandsen, dijo a Lisa Grossman de Wired.com. “En mi opinión esa es la explicación más simple para la materia oscura”.

Debido a que estas partículas “ligeras” de materia oscura no se aniquilan entre sí, explican Subir y Mads, podrían ser aspiradas por la gravedad de una estrella como nuestro Sol y quedar atrapadas allí.

Subir comenta: “El Sol ha viajado a toda velocidad alrededor de la galaxia durante 5 mil millones de años, barriendo toda la materia oscura a su paso”.

La idea de que el Sol actúa como una jaula para una gran cantidad de materia oscura podría ayudar a resolver un antiguo misterio de la física solar (cómo transporta el Sol el calor desde el núcleo hasta la superficie tan rápido, cuando los fotones y las partículas ordinarias chocarían unas con otras, retrasando el proceso).

Las partículas de materia oscura en el interior del Sol interactúan muy débilmente con la materia ordinaria (pero más intensamente entre sí) y pueden transportar el calor a la superficie de una manera novedosa.

“Cuando hacemos el cálculo, resulta que este efecto podría contribuir a resolver el problema de la composición solar”, revela Subir.

Aún mejor, los cálculos de lo que este componente de materia oscura haría a los neutrinos emitidos por el Sol indican que su efecto sería detectable por dos próximos experimentos: Borexino y SNO+.

“Sabemos que los protones forman la mayor parte de la materia luminosa del Universo y, a diferencia de muchas otras partículas, sabemos el origen de la masa del protón y por qué es estable”, dice Mads. “Así que realmente es una idea sencilla e intuitiva que la materia oscura compartiera propiedades con el protón. En cambio, el tipo de WIMP candidatas, de hecho, no son para nada como el protón.

Subir añade: “Es una idea especulativa, pero demostrable. Y las herramientas para probarlo están llegando muy rápidamente. No tenemos que esperar 20 años”.


Autor: Pete Wilton
Fecha Original: 12 de julio de 2010
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Comments (11)

  1. Interesante idea desde el punto de vista astrofísico.

    Sin embargo desde el punto de vista de física de partículas fata elaboración. He buscado e artículo original de physical review y, por suerte, hay copia libre en arxiv, http://arxiv.org/abs/1003.4505.

    Comentan ahí que su ADM (antisymmetric dark matter) sería algo así como un protón oscuro proveniente de alguna versión de la QCD de un sector oculto. No soy muy experto en fenomenología de materia oscura supersimétrica, pero creo que la mayoría de modelos favorecen que la materia oscura tenga un grupo de simetría muy simple, o ninguno en absoluto.

    Desde el punto de vista de la tería de cuerdas un sector culto aparece del modo mas natural en modelos heteróticos o M-heteróticos) que tienen un grupo de simetría E8xE8. Uno de los E8 daría,ras rupturas varias de simetría, el modelo standard. El otro E8 sería el “sector oculto” y, normalmente,se consideran modelos dónde esa simetría está total o casi totalmente rota (, simplemente, no se hacen demasiadas cábalas al respecto).

    Los modelos de teoría F (cuerdas tipo II-B en régimen no perturbativo) que son los mas desarrollados y que mejor reproducen el modelo standard predicen que la partícula supersimétrica mas ligera (componente primordial de la materia oscura) sea el gravitino, y la siguiente que fuese un stau o un bino así que tal cuál están serían incompatibles con esta propuesta.

    Tampoco tengo muy claro como estos modelos con simetrías tan complejas son fácilmente conciliables con observaciones cosmológicas, en particular la bariogénesis primordia.

    Pero si, definitivamente, y mas siendo medible experimentalmente parece una idea a tener en cuenta, y si se confirmase daría muchas restricciones a los modelos de cuerdas que pudiesen reproducirla (si ignoramos los escenarios landscape).

    Supongo que es entendible que un astrofísico se centre en su campo, pero hecho de menos que, cuanto menos, analice, siquiera por encima, algunos criterios de consistencia concernientes a otras ramas de la física relevantes al caso.

  2. Ya decía yo que había un error obvio.

    Las partículas de materia oscura deberían formarse en los colisionadores. Unas de masa tan baja como las que formal el “protón oculto” que propone esa gente hace tiempo que deberían haberse formado en colisionadores y debería haber sido detectada de algún modo.

    Se supone normalmente que la materia oscura proviene de algún tipo de prtícula supersimétrica (WIMP o no) y su masa debe estar cerca de la del higgs (pues la supersimetría es lo que proviene que las correcciones cuánticas hagan crecer de manera descontrolada la masa del Higgs -esto es lo que se conoce como e problema de la jerarquía)).

    Oras posibles fuentes de materia oscura (kaluza kleins, et) en principio deberían estar sujetas a la misma condición de haber sido observadas en colisionadores. Y, también, las kaluz klein deberían tener una masa simmilar a la del higgs (al menos en los mecanismos tipo randall sunrum de solución de problema de la jerarquía mediante kaluza kleins).

    Tras considerar eso veo improbable que el mecanismo que proponen pueda ser cierto. Por otro lado se supone que esa gente han de ser expertos y deberían conocer esas objeciones, y explicar porque su modelo as evade, no sé que pensar.

  3. pepe

    Una pregunta: la masa del sol ¿contiene ya en sí misma esta materia? La masa del sol la conocemos exactamente por sus efectos gravitatorios. Su volumen es conocido también experimentalmente, luego el cálculo de la densidad, y con ello todos los modelos de interior estarían equivocados, habría menos helio e hidrógeno del que se piensa ¿no? No me parece una respuesta que la proporción sea ínfima porque si la materia oscura es el 80% (por decir algo) de la masa del universo lo lógico es que si se concentra en sitios como el sol en ellos la proporción sea aún mayor.

    • En realidad la proporción debería ser ínfima. Ten en cuenta que ese 80% no es escalable, es decir, está concentrado a nivel de las mayores estructuras y es despreciable en las estructuras menores. En ese sentido tu razonamiento es correcto, no obstante, el problema es considerar al Sol como una de esas estructuras masivas. A nuestro nivel local, está claro que lo es, en comparación con estructuras a nivel galáctico o de cúmulos galácticos, que es donde se concentran los halos de materia oscura (supuestamente) es despreciable.

  4. Ya me he leído entero el artículo de arxiv.

    Mi objeción a la existencia de materia oscura tan ligera era esencialmente correcta. El truco está en que esa gente usan como materia oscura partículas provenientes de los modelos de technicolor en los que los quarks no son partículas elementales sino que están compuestas a su vez de otras partículas.

    Entiendo que los autores, que leyendo el artículo se ve que trabajan en astrofísica y materia oscura a nivel fenomenológico, propongan ese tipo de modelos. Desde el punto de vista de los teóricos fines a a supersimetría, y no digo nada de la gente que trabaja en cuerdas, esos modelos de technicolor están muy mal considerados. Para empezar t’ hooft , allá por los 80 si no me falla la memoria, usó argumentos muy generales basados en teoría de campos que ponían cotas muy estrictas a los modelos de technicolor. Y los desarrollos mas importantes en física de partículas y cuerdas no han hecho gran cosa por favorecer la causa de esos modelos.

    En fin, que veo muy poco favorecida esa explicación a la anomalía que mencionan entre el modelo solar standard y los resultados de heliosismología. Eso sí, si hay mateeria oscura (y la creencia mayoritaria es que así debe ser) el sol debería acretarla y está bien que se investiguen las consecuencias de está, y en particular posibles consecuencias medibles. Como soy muy lego en física solar no sé si habría algún modo de obtener os resultados favorables de esta gente con materia oscura mas masiva.

    En fin, no puedo añadir mucho más. Habrá que seguir está línea de investigación a ver que otras propuestas pueden surgir.

    • OzzyBulla

      Una pregunta ignorante: hasta donde conozco, la materia oscura debe su existencia a la necesidad de explicar la cohesión de galaxias y cúmulos de galaxias la cual no coincide con nuestra teoría de una gravitación lineal constante (todavía no entiendo por que “creamos” materia para salvar una teoría que no nos funciona). Ahora; si además resulta que la MO es más ligera aún, entonces, para que tenga los efectos gravitacionales que necesitamos, su cantidad debe ser proporcionalmente mayor. O sea, terminaremos ahogados en esta entelequia.
      Sigo pensando que no es el ornitorrinco el que está equivocado.

  5. [...] Más información | Ciencia Kanija [...]

  6. [...] Fuente de Información: Ciencia Kanija [...]

  7. [...] podría ser que estas partículas se acumulen en estrellas como el Sol, produciendo diferencias en las predicciones de la estructura estelar standard y dar lugar a lo que [...]

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