Un grupo de físicos sugiere que un período inflacionario secundaria menor en los momentos posteriores al Big Bang podría explicar la abundancia de la extraña materia oscura en el Universo.
La cosmología estándar --es decir, la Teoría del Big Bang con su primer período de crecimiento exponencial conocido como inflación-- es el modelo científico que prevalece para explicar el origen de nuestro universo, en el que la totalidad del espacio y el tiempo se disparó desde un punto muy denso y caliente en una inmensidad homogénea y en constante expansión. Esta teoría explica muchos de los fenómenos físicos que observamos. Pero eso pudo no ser todo lo que ocurrió.
Una nueva teoría de físicos en el Laboratorio de Brookhaven, el Acelerador Fermi, y la Universidad de Stony Brook de Estados Unidos, que se publicará el 18 de enero en Physical Review Letters, sugiere que un período inflacionario secundario más corto podría explicar la cantidad de la materia oscura estimada que existe en todo el cosmos.
"En general, una teoría fundamental de la naturaleza puede explicar ciertos fenómenos, pero no siempre puede terminar explicando la cantidad correcta de materia oscura", dijo Hooman Davoudiasl, líder del grupo del Grupo de Teoría de Alta Energía del Laboratorio de Brookhaven y autor del estudio. "Si se trata de muy poca materia oscura, se puede sugerir otra fuente, pero tener demasiada es un problema."
La medición de la cantidad de materia oscura en el universo no es tarea fácil. Es oscura, después de todo, por lo que no interactúa de manera significativa con la materia ordinaria. No obstante, los efectos gravitacionales de la materia oscura dan a los científicos una idea de la cantidad. Las mejores estimaciones indican que representa aproximadamente una cuarta parte del presupuesto de la masa-energía del universo, mientras que la materia ordinaria comprende sólo el 5 por ciento. La materia oscura es la forma dominante de la sustancia en el universo, lo que lleva a los físicos a elaborar teorías y experimentos para explorar sus propiedades y entender cómo se originó.
Algunas teorías que explican elegantemente rarezas desconcertantes en la física no pueden ser plenamente aceptadas porque predicen más materia oscura de la que las observaciones pueden apoyar.
Esta nueva teoría resuelve ese problema. Davoudiasl y sus colegas dan un paso para los eventos comúnmente aceptados en el inicio del espacio y el tiempo. En la cosmología estándar, la expansión exponencial del universo llamada inflación cósmica comenzó quizás tan pronto como 10 a 35 segundos después del principio de los tiempos. Esta expansión explosiva de la totalidad del espacio duró meras fracciones de una fracción de segundo, llevando eventualmente a un universo caliente, seguido de un período de reflexión que ha continuado hasta nuestros días.
Entonces, cuando el universo tenía apenas unos segundos a minutos de edad - es decir, estaba lo suficientemente frío - comenzó la formación de los elementos más ligeros. Entre esos hitos, puede haber habido otros interludios inflacionarios, dijo Davoudiasl.
"No habrían sido tan grandes o violentos como el inicial, pero podrían ser responsables de una dilución de la materia oscura", dijo.
En el principio, cuando las temperaturas se dispararon miles de millones de grados en un volumen relativamente pequeño de espacio, las partículas de materia oscura podrían interactuar entre sí y aniquilarse al entrar en contacto, transfiriendo su energía en componentes estándar de partículas de materia como los electrones y los quarks. Pero a medida que el universo continúa en expansión y partículas de materia oscura frías se encuentran con mucha menos frecuencia, la tasa de aniquilación no podía seguir el ritmo de la tasa de expansión.
"En este punto, la abundancia de la materia oscura está ahora cocinándose", dijo Davoudiasl. "La materia oscura interactúa muy débilmente. Por lo tanto, una tasa de aniquilación significativa no puede persistir a temperaturas más bajas. La autoaniquilación de materia oscura se vuelve ineficiente bastante temprano, y la cantidad de partículas de materia oscura está congelada".
Sin embargo, cuanto más débil es la interacción de materia oscura, --es decir, menos eficiente la aniquilación--, mayor será la abundancia definitiva de partículas de materia oscura . Como los experimentos ponen restricciones cada vez más estrictos en la fuerza de las interacciones de materia oscura, hay algunas teorías actuales que terminan por sobreestimar la cantidad de materia oscura en el universo.
Para llevar la teoría a la alineación con las observaciones, Davoudiasl y sus colegas sugieren que otro período inflacionario tuvo lugar, impulsado por la interacción de un "sector oculto" de la física. Este segundo período más suave de inflación, que se caracteriza por un rápido aumento en el volumen, diluiría abundancias primordiales de partículas, lo que podría dejar el universo con la densidad de la materia oscura que observamos hoy.
"Definitivamente no es la cosmología estándar, pero hay que aceptar que el universo no puede regirse de la manera estándar que pensábamos", dijo. "Pero nosotros no tenemos que construir algo complicado. Se muestra cómo un modelo simple puede lograr este corto periodo de la inflación en el universo temprano y dar cuenta de la cantidad de materia oscura que creemos que hay."
