Nueva simulación muestra exactamente cómo se vería la materia oscura si pudiéramos verla – ComputerWorld Venezuela

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¿Cómo estudias algo invisible? Este es un desafío al que se enfrentan los astrónomos que estudian la materia oscura. Aunque la materia oscura comprende el 85% de toda la materia del universo, no interactúa con la luz. Solo se puede ver a través de la influencia gravitacional que tiene sobre la luz y otras materias. Para empeorar las cosas, los esfuerzos para detectar directamente la materia oscura en la Tierra no han tenido éxito hasta ahora.

A pesar de la esquiva calidad de la materia oscura, hemos aprendido varias cosas al respecto. Sabemos que no solo está oscuro sino frío. Como resultado, se agrupa y forma las semillas de los cúmulos de galaxias. También forma a menudo halos alrededor de las galaxias, que constituyen la mayor parte de la masa de una galaxia. Sin embargo, todavía hay muchas preguntas sin respuesta sobre la materia oscura, por lo que los astrónomos a menudo desarrollan nuevos modelos para la materia oscura, comparándolos con la observación para probar su precisión.

Una forma de hacerlo es mediante sofisticadas simulaciones por computadora. Recientemente, un equipo del Centro de Astrofísica Harvard & Smithsonian realizó una simulación detallada del cosmos de la materia oscura, y ha producido algunos resultados sorprendentes.

El detector de neutrinos IceCube en la Antártida ha buscado WIMP. Crédito: IceCube Collaboration / NSF

La precisión de cualquier simulación de materia oscura depende de las suposiciones que haga sobre la materia oscura. En este caso, el equipo asumió que la materia oscura consiste en partículas masivas de interacción débil (WIMP) con una masa aproximadamente 100 veces mayor que la de un protón. Los WIMP son una de las teorías más populares para la materia oscura. Antes se han realizado simulaciones informáticas similares de materia oscura WIMP. Aún así, este tenía una resolución excepcionalmente alta, simulando características en una escala que abarcaba treinta órdenes de magnitud.

En esta simulación, la materia oscura se formó en halos alrededor de las galaxias, tal como observamos. Pero, curiosamente, descubrió que los halos también se desarrollaron en todas las escalas de masa, desde pequeños halos de masa planetaria hasta halos galácticos y halos masivos que se forman alrededor de cúmulos de galaxias. Estos halos tienen una estructura similar, donde son más densos hacia su centro, volviéndose más difusos en sus bordes. El hecho de que esto suceda en todas las escalas lo convierte en una característica explícita de la materia oscura.

La simulación muestra halos de materia oscura en todas las escalas. Crédito: J. Wang; S. Bose / Centro de Astrofísica

Si bien los halos a pequeña escala son demasiado pequeños para ser detectados a través de su influencia gravitacional sobre la luz, podrían decirnos cómo interactúa la materia oscura consigo misma. Una idea sobre la materia oscura es que cuando las partículas de materia oscura chocan, emiten radiación gamma. Algunas observaciones de rayos gamma han insinuado un Exceso de rayos gamma provenientes del centro de nuestra galaxia, que podría ser causado por materia oscura. En este modelo en particular, la mayor parte de la radiación gamma producida por la materia oscura provendría de halos más pequeños. Dado que la escala de un halo afectaría el espectro de energía de los rayos gamma, este modelo hace predicciones específicas sobre el exceso de rayos gamma que deberíamos ver tanto en la Vía Láctea como en otras galaxias.

La materia oscura sigue siendo uno de los mayores problemas sin resolver de la astronomía moderna. Si bien nos encantaría detectarlo directamente, hasta que eso suceda, simulaciones como esta son una de nuestras herramientas más poderosas para comprender mejor la materia oscura.

Referencia: Wang, J., Bose, S., Frenk, CS y col. “Estructura universal de halos de materia oscura en un rango de masas de 20 órdenes de magnitud. ” Naturaleza 585.7823 (2020): 39-42.

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