Existe un fuerte debate sobre la naturaleza de la materia oscura, que solo conocemos por sus efectos indirectos en las estrellas y galaxias. Los físicos siempre han creído que esta “sustancia” está compuesta por partículas que no absorben, reflejan, o emiten luz. Por lo tanto, actúa como una partícula fundamental desconocida.
Sin embargo, un nuevo estudio de la Universidad de Hong Kong pone en duda esta idea y, con ella, todo lo que sabíamos sobre la materia oscura hasta ahora. Sus hallazgos inclinaron la balanza en favor de la teoría que explica la materia oscura a partir de unos bosones ultraligeros. Estos bosones, llamados axiones, manifiestan como ondas su interferencia cuántica sobre la luz.
¿Qué quiere decir todo esto? Pues que la materia oscura podría tener una naturaleza ondulatoria después de todo.
La forma más probable del Universo invisible
Si pensamos que existe la materia oscura es porque podemos ver los efectos de su gravedad en el comportamiento de las galaxias. Esta sustancia parece constituir alrededor del 85% de la masa del Universo, y ejerce cierta presión negativa sobre los objetos más distantes. No obstante, todos los intentos de detectar partículas de materia oscura en los laboratorios han fracasado.
Esto ha llevado a los físicos a cuestionarse la verdadera naturaleza de la materia oscura haciendo otros experimentos. Entre ellos, distintas observaciones a los anillos de Einstein.
Un anillo de Einstein es una imagen distorsionada de una galaxia muy lejana. Se le llama así porque, según la teoría general de la relatividad, cuando la luz que viaja a través del Universo pasa por un objeto masivo como una galaxia, su camino se desvía debido a que la gravedad del objeto distorsiona el espacio-tiempo a su alrededor. Es por eso que, a veces, cuando miramos una galaxia lejana, podemos ver imágenes distorsionadas de otras galaxias detrás de ella.
El equipo de China estudió recientemente estas distorsiones en el sistema HS 0810+2554, en el que se veían copias del mismo objeto alrededor de la galaxia en primer plano. Al hacerlo, encontraron anomalías en las imágenes de las lentes que solo podían explicarse considerando la naturaleza ondulatoria de la materia oscura.
“Si la materia oscura estuviera hecha de partículas masivas de interacción débil (o WIMP), no se apreciaría de esta forma. Pero el modelo axion reproduce con precisión todas las características del sistema”.
Alfred Amruth, científico en la Universidad de Hong
¿Ondas o partículas?
Su revisión a los lentes gravitacionales sugiere que los axiones son un candidato más probable para la materia oscura que las partículas. Esto debido a que podrían explicar las anomalías de las lentes y otras observaciones astrofísicas.
Desde hace algunos años se ha estudiado esta teoría sobre la naturaleza ondulatoria. Algunos han analizado los efectos de la materia oscura del axión en el fondo cósmico de microondas, mientras que otros han examinado el comportamiento de la materia oscura en las galaxias enanas. Por lo tanto, no se trata de una hipótesis sin fundamento.
La materia hecha de WIMP se comporta más como partículas discretas, mientras que los axiones se comportan como ondas debido a la interferencia cuántica. Así que, si bien es cierto que esta investigación no terminará con el debate científico, abre nuevas vías para probar y experimentar con la materia oscura.
Por ejemplo, las futuras observaciones de lentes gravitacionales podrían centrarse en probar la naturaleza ondulatoria de los axiones y medir potencialmente su masa. Algo que nos ayudaría a entender definitivamente el origen de aquello que llamamos “materia oscura” y, también, lo que sabemos del Universo primitivo y las galaxias.
Referencias:
Einstein rings modulated by wavelike dark matter from anomalies in gravitationally lensed images https://doi.org/10.1038/s41550-023-01943-9
