La materia oscura podría estar formada por fotones oscuros ultraligeros que calentaron nuestro universo, según la nueva hipótesis de un estudio publicado en Physical Review Letters.
Esta hipótesis, afirman los autores, concuerda perfectamente con las observaciones realizadas por el Espectrógrafo de Origen Cósmico (COS) a bordo del telescopio espacial Hubble, que toma medidas de la “red cósmica”, la compleja y tenue red de filamentos que llena el espacio entre galaxias.
Los datos recogidos por el COS sugieren que los filamentos cósmicos intergalácticos están más calientes de lo que predicen las simulaciones hidrodinámicas del modelo estándar de formación de estructuras.
“Dado que los fotones oscuros serían capaces de convertirse en fotones de baja frecuencia y calentar las estructuras cósmicas”, explican los científicos, “bien podrían explicar la información experimental”. El estudio fue realizado por investigadores de Sissa en colaboración con investigadores de las Universidades de Tel Aviv, Nottingham y Nueva York.
“Los fotones oscuros son nuevas partículas hipotéticas portadoras de una nueva fuerza en el sector oscuro, de forma parecida a como el fotón es el portador de la fuerza del electromagnetismo”, explican en un comunicado los autores James S. Bolton (Universidad de Notitngham), Andrea Caputo (Cern y Universidad de Tel Aviv), Hongwan Liu (Universidad de Nueva York) y Matteo Viel (Sissa).
“Sin embargo, a diferencia del fotón, pueden tener masa. En particular, el fotón oscuro ultraligero —con una masa tan pequeña como veinte órdenes de magnitud menor que la del electrón— es un buen candidato para la materia oscura”.
Calentamiento “más difuso”
También se espera que los fotones oscuros y los fotones normales se mezclen como los distintos tipos de neutrinos, permitiendo que la materia oscura de los fotones oscuros ultraligeros se convierta en fotones de baja frecuencia. Estos fotones calentarán la red cósmica pero, a diferencia de otros mecanismos de calentamiento basados en procesos astrofísicos, como la formación de estrellas y los vientos galácticos, este proceso de calentamiento es más difuso y eficaz también en regiones poco densas.
Matteo Viel explica: “Normalmente, los filamentos cósmicos se han utilizado para sondear propiedades a pequeña escala de la materia oscura, mientras que en este caso hemos utilizado por primera vez los datos del medio intergaláctico a bajo corrimiento al rojo como calorímetro, para comprobar si todos los procesos de calentamiento que conocemos son suficientes para reproducir los datos. Hemos comprobado que no es así: falta algo, que modelamos como una contribución producida por el fotón oscuro“.
El trabajo identificó la masa y la mezcla del fotón oscuro con el fotón del Modelo Estándar necesarias para conciliar la discrepancia entre las observaciones y la simulación. Este esfuerzo podría impulsar nuevas investigaciones teóricas y observacionales con el fin de explorar la apasionante posibilidad de que el fotón oscuro pudiera constituir la materia oscura.
