Las observaciones sugieren que el gas intergaláctico en nuestro universo es un poco más caliente de lo que debería ser. Recientemente, un equipo de astrofísicos utilizó sofisticadas simulaciones por computadora para proponer una solución radical: una forma exótica de materia oscura conocida como «oscuridad». fotones«podría estar calentando el lugar.
Estas extrañas partículas serían las portadoras de una nueva quinta fuerza de la naturaleza que la materia normal no experimenta, pero ocasionalmente estos fotones oscuros pueden cambiar sus identidades para convertirse en fotones regulares, proporcionando una fuente de calor.
Sentirse neutral
Podríamos encontrar fotones tan oscuros observando el gas intergaláctico usando lo que se conoce como el bosque Lyman-alfa. Cuando observamos la luz de un objeto distante y brillante, como un cuásar (objetos brillantes alimentados por agujeros negros en el centro de galaxias distantes), hay una serie de espacios en el espectro de luz de ese objeto lejano, que de otro modo sería suave.
He aquí por qué: esa luz tiene que filtrarse a través de miles de millones de años luz de gas para llegar a nosotros. Ocasionalmente, esa luz pasará a través de un grupo relativamente denso de hidrógeno neutro, un tipo de hidrógeno que consta de un protón y un neutrón, y que impregna las nubes de gas en todo el universo.
La mayor parte de esa luz pasará sin verse afectada, pero una longitud de onda de luz muy específica será absorbido. Esta longitud de onda corresponde a la diferencia de energía necesaria para pasar un electrón de su primer a su segundo nivel de energía dentro de los átomos de hidrógeno.
Cuando los astrónomos observan la luz que proviene de ese objeto, parecerá normal excepto por una brecha en la longitud de onda de esa transición de energía específica, conocida como la línea Lyman-alfa.
La luz del objeto distante atravesará múltiples nubes y grupos de hidrógeno neutro. La expansión del universo hace que los espacios se desplacen hacia el rojo a diferentes longitudes de onda, con un nuevo espacio que aparece a una longitud de onda diferente dependiendo de la distancia a las nubes de gas en particular. El resultado final de esto es el «bosque»: una serie de líneas y lagunas en el espectro.
Haciendo calor aquí
Estas brechas de Lyman-alfa también se pueden usar para medir la temperatura de cada nube de gas. Si el hidrógeno neutro estuviera perfectamente quieto, la brecha aparecería como una línea increíblemente delgada. Pero si las moléculas individuales se mueven, la brecha se ampliará debido a la energía cinética de esas moléculas. Cuanto más caliente es el gas, más energía cinética tienen las moléculas y más ancha es la brecha.
En un artículo que aparece en noviembre en la revista Cartas de revisión física, un equipo de astrofísicos ha señalado que al usar este método, parece que las nubes de gas que se dispersan entre las galaxias están demasiado calientes. Las simulaciones por computadora de la evolución de esas nubes de gas predicen que serán un poco más frías de lo que observamos, por lo que tal vez algo esté calentando esas nubes que actualmente no se tiene en cuenta en nuestras simulaciones astrofísicas.
Una posible explicación de esta discrepancia es la presencia de «fotones oscuros» en nuestro universo, afirman los autores del estudio. Esta es una forma muy hipotética de materia oscurala sustancia misteriosa e invisible que representa aproximadamente el 80% de toda la masa del universo, pero que no parece interactuar con la luz.
Dado que los astrónomos actualmente no entienden la identidad de la materia oscura, el campo está muy abierto con posibilidades de lo que podría ser. En este modelo, en lugar de que la materia oscura esté hecha de partículas invisibles (como una versión fantasma de los electrones, por ejemplo), estaría hecha de un nuevo tipo de portador de fuerza, es decir, un tipo de partícula que media en las interacciones entre otras partículas.
Una oscuridad cálida y difusa
El fotón familiar es el portador de fuerza del electromagnetismo: es lo que crea la electricidad, el magnetismo y la luz. Los fotones oscuros serían un portador de fuerza para una nueva fuerza de la naturaleza que no opera a las escalas habituales en los escenarios habituales (por ejemplo, en nuestros laboratorios o dentro de la sistema solardonde de otro modo ya lo habríamos observado).
Según los autores del estudio, los fotones oscuros aún tendrían un poco de masa y, por lo tanto, aún podrían explicar la materia oscura. Además, debido a que son portadores de fuerza, también pueden interactuar entre ellos y con otras partículas potenciales de materia oscura. En los modelos investigados por el equipo de astrofísicos, los fotones oscuros son capaces de un truco más: ocasionalmente pueden convertirse en un fotón regular.
En términos de física, los fotones oscuros pueden «mezclarse» con los fotones normales, muy raramente intercambiando identidades. Cuando lo hacen, el fotón recién creado hace lo que siempre hacen los fotones regulares: calentar las cosas. Los investigadores realizaron las primeras simulaciones de la evolución del universo, incluidos los efectos de estos furtivos fotones oscuros que cambian de forma. Descubrieron que una combinación particular de masa de fotones oscuros y la probabilidad de cambiar a un fotón regular podría explicar la discrepancia de calentamiento.
Este resultado está muy lejos de ser un caso seguro para la existencia de fotones oscuros. Una gama de posibilidades también podría explicar los resultados de Lyman-alfa, como observaciones inexactas o una comprensión deficiente del calentamiento astrofísico (normal) entre galaxias. Pero es una pista intrigante, y los resultados pueden usarse como trampolín para continuar explorando la viabilidad de esta exótica idea.