M A T E R I A O S C U R A C O M P L E J AK a r e n S o f í a M a r í n S e g u r a 4 º K

TODA LA MATERIA DEL UNIVERSO

Los físicos creen que en el universo hay mucho más materia que la que podemos ver. Hasta ahora, la mayor parte de los modelos sobre esta materia oscura han supuesto la existencia de un solo tipo de partícula invisible.

Algunos expertos han comenzado a considerar la posibilidad de que la materia oscura responda a una composición más exótica. El sector oscuro podría incluir varias clases de partículas, así como interacciones propias.

Una materia oscura compleja podría formar “átomos oscuros” e incluso agruparse para dar lugar a discos similares al de la parte visible de las galaxias. Varios experimentos y observaciones intentan poner a pruebas estas posibilidades.

E N S I N T E S I S .

Al igual que la mayoría de las galaxias espirales, gira más rápido de lo que cabría esperar si la materia visible fuese la única causante de la atracción gravitatoria. Para explicar esta y otras discrepancias, los físicos han postulado la existencia de materia oscura, una sustancia invisible que abundaría en el universo.

L A G A L A X I A D E A N D R O M E D A .

El contenido total de masa y energía del universo se debe a la materia (tanto bariónica como oscura) y a la energía oscura. Esta última es la responsable de la expansión acelerada del universo.

Energía oscura

Materia bariónica

Materia no bariónica

A demás de la materia ordinaria o “bariónica”, se cree que en el cosmos

debe haber una gran cantidad de materia invisible que explique la rápida velocidad de rotación de las galaxias y la cohesión de los cúmulos galácticos. Aunque hasta

ahora no existen indicios directos sobre su naturaleza, los físicos suponen que la

materia oscura se compone de partículas inmunes al

electromagnetismo (razón por la que serían invisibles) y a la interacción nuclear fuerte.

Sin embargo, otros detalles siguen siendo un misterio.

T O D A L A M A T E R I A D E L U N I V E R S O

SIN INTERACCIONES MUTUAS

Ejemplo: WIMP

DOS COMPONENTES

CON INTERACCIONES

MUTUASEjemplo: Átomos oscuros

FRÍAPartículas dotadas de mayor masa, por lo

que se moverían más despacio.

CALIENTEPartículas sin masa o muy ligeras que se

mueven a la velocidad de la luz o a velocidades muy próxima a la de la

luz. Ejemplo: Neutrinos exóticos.

CALIENTENeutrinos cósmicos

BARIÓNICAMateria compuesta principalmente por

bariones (protones y neutrones). Incluye todos los átomos.

MATERIA

OBSERVADA

Una fracción de la materia ordinaria no es bariónica; corresponde a los neutrinos, partículas de masa ínfima que se desplazan a velocidades próximas a la de la luz. Se conoces tres especies de neutrinos, aunque podría haber otras variedad exóticas.

CALIENTESi la mayor parte de la materia oscura estuviese constituida por partículas muy veloces, jamás habría llegado a agruparse lo suficiente para formar nubes esféricas alrededor de las galaxias.

FRÍALas partículas de materia oscura con velocidades bajas explican mejor la existencia de las galaxias y la distribución de materia a gran escala en el universo.

Principales candidatos a materia oscura.

SIN INTERACCIONES MUTUASLa hipótesis más simpe postula que la materia oscura fría estaría formada por un solo tipo de partícula, denominada WIMP.

CON INTERACCIONES MUTUASSi la materia oscura interaccionase consiga misma, habría de hacerlo a través de alguna “fuerza oscura” que no surtiese efecto sobre la materia birónica.

DOS COMPONENTESLa materia oscura fría podría constar de varias clases de partículas. Algunas de ellas apenas interaccionarían entre sí (como las WIMP), mientras que otras experimentarían sus propias fuerzas.

WIMP

Galaxia de materia bariónicaHalo esférico compuesto por

WIMP

SIN INTERACCIONES MUTUASLas WIMP solo interaccionarían muy

esporádicamente entre sí y con la materia ordinaria. Dichas partículas se agruparían formando nubes esféricas

cuya atracción gravitatoria sobre la materia normal desencadenaría la

formación de galaxias.

Galaxia de materia bariónicaDisco de materia

oscura

Halo esférico compuesto por WIMP

DOS COMPONENTESLas primeras formarían grandes nubes esféricas alrededor de las galaxias: las segundas podrían dar lugar a discos compactos de materia oscura

Par de partículas pesadas

+ - + -

Par de partículas ligeras

+ - + +Átomo oscuro

CON INTERACCIONES MUTUAS

Dicha interacción podría ser análoga al electromagnetismo, lo que implicaría la existencia de partículas con carga oscura positiva y negativa, las cuales

intercambiarían fotones oscuros. Los modelos dejan

margen para la existencia de varias clases de partículas

oscuras, unas ligeras y otras pesadas, que podrían formar

agregados análogos a los átomos ordinarios. A su vez,

ello permitiría la formación de grandes estructuras cósmicas

similares al disco de las galaxias espirales.