domingo, 27 de diciembre de 2015

Estrellas Bose de materia oscura

Podría haber estrellas Bose hechas de axiones vagando por el Universo desde los inicios del mismo.
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Simulación de un condensando Bose-Einstein de átomos ordinarios. Fuente: NASA.
Uno de los grandes misterios de la Física actual es la naturaleza de la materia oscura. A falta de observaciones directas las hipótesis proliferan como setas las la lluvias de otoño.
Es una materia que compone el 75% de masa del Universo, pero no refleja, emite o tapa la luz. Esto se debe a que no interacciona con los fotones que constituyen la luz. Con los fotones o con casi con cualquier otra partícula de la materia ordinaria que forma los átomos. Parece que sólo podemos sus efectos gravitatorios.
Hay varías hipótesis sobre cómo se pueden comportar las partículas de materia oscura entre ellas. Las ideas más locas proponen que estas interacciones entre ellas se darían a través de distintas clases de fuerza de tal modo que se formarían estrellas de materia negra que emitirían su propia versión de luz compuesta por fotones “negros” en su propia versión de fuerza electromagnética y así con todas demás fuerzas y partículas. En el otro extremo las partículas de materia oscura sólo podrían interaccionar gravitatoriamente. Lo que es peor, en la versión más gnoseológicamente aterradora, las partículas de materia nunca interaccionarían con la materia ordinaria (salvo gravitatoriamente), por lo que todos los experimentos destinados a detectarla directamente siempre fracasarían.
Normalmente se cree que estas partículas casi no tienen interacción entre sí y sólo en contadas ocasiones con las partículas de materia ordinaria, eventos que son los que buscan los detectores de materia oscura.
Una posibilidad es que la materia oscura esté compuesta por axiones. Estos no podrían interaccionar entre sí como las partículas de materia ordinaria. La materia ordinaria está compuesta por fermiones y estos interaccionan entre sí gracias a bosones que portan la fuerza correspondiente. Grupos de bosones pueden ocupar un mismo estado cuántico (a diferencia de los fermiones), lo que les permite formar agregados a bajas temperaturas denominados condensados de Bose-Einstein.
Si las partículas de materia oscura sean axiones, entonces estas hipotéticas partículas se podrían comportar como los bosones de la materia ordinaria y formar condensados. Según Chanda Prescod-Weinstein (Massachusetts Institute of Technology) y sus colaboradores esto podría proporcionar la suficiente cohesión como para que muchos axiones se agruparan por efecto de la gravedad. Todos esos axiones actuarían como un “superátomo”. A este tipo de agregados los podemos llamar estrellas Bose. Habría un límite en el tamaño de estos agregados, que no podría ser muy grande, limitándose estas estrellas Bose al tamaño de un asteroide.
Las estrellas Bose se habrían creado cuando el Universo sólo contaba con 47.000 años de edad y habrían sobrevivido hasta nuestros días según esta hipótesis. Tendrían el tamaño de Ceres, pero serían 20 veces más masivos.
Quizás lo más interesante de la propuesta es que se sugiere una manera de comprobarla experimentalmente. Algunas de estas estrellas Bose podrían estar orbitando algún pulsar (una estrella de neutrones de la cual recibimos pulsos de ondas electromagnéticas). Bajo condiciones adecuadas la interacción electromagnética entre la estrella de neutrones y la estrella Bose produciría señales que podríamos detectar.
El Axion Dark Matter Experiment que la Universidad de Washington tiene en Seattle trata precisamente de detectar axiones directamente mediante el uso de potentes imanes superconductores que los convertiría en fotones gracias al efecto Primakoff. Este efecto permite transformar axiones en fotones ordinarios. Otros experimentos se basan o se han basado en este efecto, pero, hasta ahora, no hay resultados positivos.
La pregunta que se nos puede ocurrir es qué pasaría si una es estas estrellas Bose chocara contra un planeta como la Tierra. Según Rohana Wijewardhana (University of Cincinnati, Ohio) no tendríamos que estar preocupados porque, al interaccionar muy débilmente con la materia ordinaria de nuestro planeta, no habría ningún peligro y la estrella Bose atravesaría la Tierra limpiamente. Pero si algo así sucediera sí habría efectos gravitatorios que podrían ser observados.
Un optimismo que parece dejar de lado efectos de marea y posibles alteraciones orbitales.
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