Nueva teoría de materia oscura explica un par de enigmas astrofísicos

En la nueva investigación, publicada en The Astrophysical Journal Letters, un equipo de investigación dirigido por Hai-Bo Yu, profesor de física y astronomía en la Universidad de California, Riverside, informa que SIDM puede explicar simultáneamente dos acertijos astrofísicos en extremos opuestos.

"El primero es un halo de materia oscura de alta densidad en una galaxia elíptica masiva", explica en un comunicado Hai-Bo Yu. "El halo fue detectado mediante observaciones de fuertes lentes gravitacionales, y su densidad es tan alta que es extremadamente improbable en la teoría predominante de la materia oscura fría. La segunda es que los halos de materia oscura de las galaxias ultradifusas tienen densidades extremadamente bajas y son difíciles de explicar mediante la teoría de la materia oscura fría".

Un halo de materia oscura es el halo de materia invisible que impregna y rodea una galaxia o un cúmulo de galaxias. Las lentes gravitacionales se producen cuando la luz que viaja a través del universo desde galaxias distantes se desvía alrededor de objetos masivos. El paradigma/teoría de la materia oscura fría, o CDM, supone que las partículas de materia oscura no colisionan. Como sugiere su nombre, las galaxias ultradifusas tienen una luminosidad extremadamente baja y la distribución de sus estrellas y gas está dispersa.

Para demostrar que SIDM puede explicar los dos enigmas astrofísicos, el equipo realizó las primeras simulaciones de alta resolución de la formación de estructuras cósmicas con fuertes autointeracciones de materia oscura en escalas de masa relevantes para el fuerte halo de lentes y las galaxias ultradifusas.

"Estas autointeracciones conducen a la transferencia de calor en el halo, lo que diversifica la densidad del halo en las regiones centrales de las galaxias", dijo el coautor Ethan Nadler, becario postdoctoral conjunto de los Observatorios Carnegie y la Universidad del Sur de California. "En otras palabras, algunos halos tienen densidades centrales más altas y otros tienen densidades centrales más bajas, en comparación con sus contrapartes MDL, y los detalles dependen de la historia de la evolución cósmica y el entorno de los halos individuales".

Según el equipo, los dos acertijos plantean un desafío formidable al paradigma CDM estándar.

"El CDM tiene el desafío de explicar estos enigmas", dijo Yang. "Se podría decir que SIDM es el candidato convincente para reconciliar los dos extremos opuestos. No hay otras explicaciones disponibles en la literatura. Ahora existe una posibilidad intrigante de que la materia oscura pueda ser más compleja y vibrante de lo que esperábamos".

La investigación también demuestra el poder de sondear la materia oscura a través de observaciones astrofísicas, con la herramienta de simulaciones por computadora de la formación de estructuras cósmicas.