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Avance de la materia oscura: el origen del mayor misterio del espacio finalmente puede haber sido encontrado

Los físicos creen que hace 13.800 millones de años, cuando el universo tenía menos de un segundo, experimentó un período repentino y rápido de expansión que se denomina «inflación». Este período inflacionario duró solo una fracción de segundo, pero vio cómo el cosmos aumentaba en volumen por un factor de un «quinvigintillón» (es decir, 10⁷⁸). También amplificó las fluctuaciones cuánticas diminutas en el tejido del espacio-tiempo en perturbaciones mucho más grandes, lo que ayudó a generar la estructura del universo alrededor del cual eventualmente se formarían las estrellas y las galaxias.

Sin embargo, qué causó exactamente la inflación sigue siendo un misterio, y muchos físicos especulan que puede haber un campo mediado por una partícula denominada «inflatón» que fue responsable de aumentar el tamaño del espacio.

Si existe, el inflatón probablemente sea similar, aunque más ligero, que el bosón de Higgs, la partícula detectada por primera vez por el Gran Colisionador de Hadrones en 2012 que da masa a otras partículas.

Y cuando terminó el período inflacionario de la historia universal, creen los expertos, el inflatón habría decaído llenando el espacio con un plasma caliente y denso y dando lugar a la creación de todas las demás partículas que conocemos hoy.

Dado esto, se seguiría que el inflatón también es el progenitor de la materia oscura, el material misterioso cuya presencia podemos inferir por el impacto que tiene en los movimientos de las estrellas y las galaxias, pero que por lo demás es invisible porque no absorbe, refleja o emitir luz o cualquier otra forma de radiación electromagnética.

Como explicó en Space.com el profesor de astrofísica Paul Sutter de la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook, la materia oscura parece representar más del 80 por ciento de toda la materia del universo.

Él dijo: “Los físicos han pasado décadas buscando indicios de una interacción directa entre las partículas de materia oscura y la materia normal, sin éxito.

“Si la materia oscura es de hecho una partícula, entonces realmente no le gusta hablar con la materia normal.

“Esta no detección de materia oscura es bastante molesta para la historia de la inflación.

«Si la materia oscura no se comunica con la materia normal, entonces hay pocas razones por las que el inflatón deba crear materia oscura junto con materia normal en el universo primitivo».

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En su estudio, los físicos Profesor Oleg Lebedev y Jong-Hyun Yoon de la Universidad de Helsinki propusieron un mecanismo teórico para resolver esta aparente paradoja.

Trabajaron con la suposición de que, dada su renuencia a interactuar con otras formas de materia, la partícula de materia oscura debe haberse producido de una manera inusual al final de la época inflacionaria del universo.

El dúo primero centró su atención en modelar el comportamiento de las partículas de inflación justo antes de que se descompusieran.

El profesor Sutton dijo: «Al final de la inflación, justo antes de que el inflatón desaparezca y dé lugar al zoológico de partículas de nuestro universo, el inflatón chapotea alrededor del cosmos como una pelota que acaba de rodar por una colina empinada pero no se ha asentado». aún.»

«Los cosmólogos llaman a este paso la fase de precalentamiento del decaimiento del inflatón, y puede dar lugar a una física loca».

Parte de esta locura durante la inflación, proponen el profesor Lebedev y el Sr. Yoon, incluye un mayor papel de la gravedad en las reacciones de las partículas, incluidos los canales por los cuales la inflación podría decaer en partículas de materia oscura.

Si la pareja tiene razón en su teoría, esto podría significar que la materia oscura se formó en el universo antes que sus contrapartes regulares.

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Sin embargo, como señala el profesor Sutter, el trabajo es puramente teórico y se basa en muchas suposiciones que deberán probarse en trabajos futuros.

Él dijo: “Lo más importante es que los físicos no están exactamente seguros de cómo la gravedad interactúa con las partículas.

“Este es el régimen de la gravedad cuántica, una teoría de la gravedad fuerte a pequeña escala, que es el santo grial actual de la física moderna.

“Entonces, para su trabajo, los coautores del artículo tuvieron que hacer muchas suposiciones sobre cómo operaba la gravedad a estas escalas”.

Se puede leer una preimpresión del artículo de los investigadores, que aún no ha sido revisado por pares, en el repositorio arXiv.

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