En los últimos 30 años, los físicos han utilizado todos los medios a su alcance, desde potentes telescopios, hasta experimentos subterráneos gigantes y colisionadores de partículas, para observar de alguna forma a la materia oscura, sin todavía haberlo conseguido. Una nueva investigación sugiere que podría estar oculta en una dimensión desconocida.
La materia oscura es una sustancia invisible que impregna todo el espacio cósmico. Se cree que constituye el 80 por ciento de la materia del universo, si bien no emite ningún tipo de radiación electromagnética, ni interactúa con ella: es completamente transparente en todo el espectro electromagnético.
La existencia de la materia oscura se deduce de sus efectos gravitacionales sobre el movimiento de las estrellas o las galaxias, así como de las diferentes direcciones (anisotropías) del fondo cósmico de microondas presente en el universo.
Los astrónomos han averiguado dónde está porque distorsiona la luz de estrellas lejanas: cuanto más grande es la distorsión, mayor es la concentración de materia oscura.
Sin embargo, desconocemos completamente de qué está hecha la materia oscura, por lo que su composición es una de las cuestiones más importantes de la cosmología moderna.
Escondida en otra dimensión
Una nueva investigación, desarrollada en la Universidad de California, Riverside, y publicada en el Journal of High Energy Physics, sugiere que la materia oscura está escondida en una dimensión adicional del espacio-tiempo, todavía inaccesible para nosotros.
Según esta teoría, algunas de las partículas de materia oscura no se comportan como las partículas conocidas porque interactúan con otras partículas aún más invisibles, pertenecientes a otra dimensión, que impiden su observación.
El autor principal de esta investigación, Flip Tanedo, explica en un comunicado que esas fuerzas oscuras ocultas pueden gobernar las interacciones que ocurren en el seno de la materia oscura.
Y añade que esas fuerzas oscuras se describen matemáticamente mediante una teoría con dimensiones adicionales: aparecen como un continuo de partículas que podrían aclarar las anomalías que se observan en las galaxias pequeñas.
Se refiere a que la materia oscura se comporta de manera diferente en galaxias pequeñas, donde ejerce una atracción muy fuerte sobre sí misma.
Este comportamiento, según sugiere una investigación anterior, se debe a que tres dimensiones extra, además de las tres espaciales a las que estamos acostumbrados, están alterando los efectos de la gravedad en distancias muy cortas.
Según esta investigación previa, comentada por la revista Nature, estas observaciones astronómicas de la materia oscura proporcionan la primera evidencia potencial de dimensiones adicionales.
Tanedo retoma este planteamiento, si bien se refiere a otra investigación más reciente de la Universidad de California, Riverside, según la cual los efectos de estas fuerzas oscuras podrían observarse indirectamente en las galaxias esferoidales enanas. Dirigida por Hai-Bo Yu, esta investigación postula que esas fuerzas oscuras afectarían a la distribución de materia oscura en el halo de cada galaxia pequeña.
Cuarta dimensión
“Nuestro universo observado tiene tres dimensiones espaciales. Proponemos que puede haber una cuarta dimensión que solo conocen las fuerzas oscuras. La dimensión adicional puede explicar por qué la materia oscura se ha escondido tan bien de nuestros intentos de estudiarla en un laboratorio», explica Tanedo.
Considera que las teorías que postulan la existencia de un nuevo tipo de fuerza, todavía desconocida por la ciencia, podrían explicar las propiedades de la materia oscura.
La característica clave de la teoría extradimensional es que la fuerza entre las partículas de materia oscura es descrita por un número infinito de partículas diferentes con masas diferentes, llamado continuo.
En la teoría de Tanedo, la fuerza de ese continuo puede reproducir los movimientos estelares observados en las galaxias pequeñas, tal como sugería Hai-Bo Yu. Tanedo también propone que la fuerza entre las partículas de materia oscura es sorprendentemente diferente de las fuerzas que rigen la materia ordinaria.
La existencia de dimensiones adicionales es preconizada, entre otras, por la Teoría de Supercuerdas, según la cual existen hasta 11 dimensiones espaciales. Cada vez más se refuerza la idea de que alguna de ellas está relacionada con la materia oscura.
Referencia
Continuum-mediated self-interacting dark matter. Ian Chaffey, Sylvain Fichet, Philip Tanedo. Journal of High Energy Physics volume 2021, Article number: 8 (2021). DOI:https://doi.org/10.1007/JHEP06(2021)008