{"id":52872,"date":"2020-10-28T14:00:36","date_gmt":"2020-10-28T14:00:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/noticias\/?p=52872"},"modified":"2020-10-28T14:01:09","modified_gmt":"2020-10-28T14:01:09","slug":"resuelto-el-misterio-de-como-se-distribuye-la-materia-oscura-en-las-galaxias","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/noticias\/2020\/resuelto-el-misterio-de-como-se-distribuye-la-materia-oscura-en-las-galaxias\/","title":{"rendered":"Resuelto el misterio de c\u00f3mo se distribuye la materia oscura en las galaxias"},"content":{"rendered":"

La fuerza de la gravedad necesaria para que el Universo haya evolucionado desde que era pr\u00e1cticamente uniforme en el Big Bang hasta ahora, cuando la materia se concentra en forma de galaxias, estrellas y planetas, la proporciona la llamada materia oscura. Sin embargo, a pesar del papel esencial de esta materia \u2018extra\u2019, apenas sabemos nada sobre su naturaleza, comportamiento o composici\u00f3n, lo que supone uno de los problemas fundamentales de la F\u00edsica actual. En un reciente art\u00edculo de Astronomy & Astrophysics Letters<\/em>, cient\u00edficos del Instituto de Astrof\u00edsica de Canarias\/Universidad de La Laguna y de la Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires (Jun\u00edn, Argentina) han descubierto que la materia oscura en galaxias sigue una distribuci\u00f3n de ‘m\u00e1xima entrop\u00eda’, lo que arroja luz sobre su naturaleza.<\/p>\n

La materia oscura representa aproximadamente el 85% de la masa del Universo, pero su existencia solo se manifiesta a escalas astron\u00f3micas, es decir, debido a su d\u00e9bil interacci\u00f3n, el efecto neto que produce solo es apreciable cuando se suma la contribuci\u00f3n de cantidades enormes. Dado que le cuesta enfriarse, las estructuras que forma son generalmente mucho mayores que planetas y estrellas. Como la existencia de la materia oscura solo se manifiesta a tales escalas, el descubrimiento de cu\u00e1l es su naturaleza ha de venir de la mano de estudios astrof\u00edsicos.<\/p>\n

M\u00e1xima entrop\u00eda<\/strong><\/p>\n

El que la distribuci\u00f3n de la materia oscura se organice siguiendo la m\u00e1xima entrop\u00eda (t\u00e9rmino equivalente a ‘m\u00e1ximo desorden’ o a ‘equilibrio termodin\u00e1mico’) significa que esta se encuentra en el estado m\u00e1s probable. Para llegar a ese ‘m\u00e1ximo desorden’, la materia oscura tendr\u00eda que chocar entre s\u00ed como lo hacen las mol\u00e9culas de un gas hasta alcanzar un equilibrio en el que su densidad, presi\u00f3n y temperatura, est\u00e1n relacionados. Sin embargo, se desconoce c\u00f3mo la materia oscura ha llegado hasta esta clase de equilibrio.<\/p>\n

\u201cA diferencia de las mol\u00e9culas del aire, por ejemplo, y debido a que la interacci\u00f3n gravitatoria es d\u00e9bil, las part\u00edculas de materia oscura apenas deber\u00edan chocar, de forma que el mecanismo por el que alcanzan el equilibrio termodin\u00e1mico es un misterio\u201d, explica Jorge S\u00e1nchez Almeida, investigador del IAC y autor principal del estudio. \u201cNo obstante, si chocaran entre s\u00ed, tendr\u00edan una naturaleza muy particular, lo que resolver\u00eda parte del misterio sobre su origen\u201d, a\u00f1ade.<\/p>\n

La m\u00e1xima entrop\u00eda de la materia oscura ha sido detectada en las galaxias enanas, ya que estas tienen mayor proporci\u00f3n de materia oscura respecto a su masa total que las galaxias m\u00e1s masivas y, por lo tanto, es m\u00e1s f\u00e1cil ver el efecto en ellas. Sin embargo, los investigadores esperan que se trate de un comportamiento general a todo tipo de galaxias.\u00a0El estudio implica que la distribuci\u00f3n de materia en equilibrio termodin\u00e1mico presenta una densidad central mucho menor de la que los astr\u00f3nomos hab\u00edan supuesto para muchas aplicaciones pr\u00e1cticas, por ejemplo, a la hora de interpretar correctamente las lentes gravitatorias, o en el momento de dise\u00f1ar experimentos para detectar materia oscura por auto-aniquilaci\u00f3n.<\/p>\n

Esta densidad central es fundamental a la hora de interpretar correctamente la curvatura de la luz de las lentes gravitatorias: al ser menos densa, el efecto de la lente es menor. Como al usar una lente gravitatoria para medir la masa de una galaxia hay que hacer un modelo, si se cambia el modelo de lente, se cambia la medida.\u00a0La densidad central tambi\u00e9n juega un papel cr\u00edtico en los experimentos para detectar materia oscura por auto-aniquilaci\u00f3n. Dos part\u00edculas de materia oscura podr\u00edan interaccionar entre ellas hasta desaparecer en un proceso altamente improbable pero caracter\u00edstico de su naturaleza. Para que dos part\u00edculas se auto-aniquilen, estas tienen que chocar entre s\u00ed. La probabilidad de que choquen depende de la densidad de materia oscura; cuanto m\u00e1s densa sea la concentraci\u00f3n de materia oscura, m\u00e1s probable es que se pueda producir una colisi\u00f3n entre part\u00edculas.<\/p>\n

\u201cPor ello, si la densidad cambia lo har\u00e1 tambi\u00e9n la tasa a la que se espera que se produzcan las auto-aniquilaciones, y dado que los experimentos se plantean suponiendo una tasa, si la tasa esperable fuera muy baja, dif\u00edcilmente se realizar\u00eda el experimento\u201d, indica S\u00e1nchez Almeida.\u00a0Finalmente, el equilibrio termodin\u00e1mico de la materia oscura podr\u00eda tambi\u00e9n explicar el perfil de brillo de las galaxias. Este brillo disminuye con la distancia al centro de una forma muy particular, cuyo origen f\u00edsico se desconoce, pero en el que los investigadores est\u00e1n trabajando para probar que es el resultado del equilibrio de m\u00e1xima entrop\u00eda.<\/p>\n

Simulaciones frente a observaci\u00f3n<\/strong><\/p>\n

La densidad de materia oscura en el centro de las galaxias ha sido durante d\u00e9cadas un misterio. Hay una fuerte discrepancia entre lo que predicen las simulaciones (una alta densidad) y lo que se observa (poca). Los astr\u00f3nomos han propuesto todo tipo de mecanismos para resolver esta enorme tensi\u00f3n.\u00a0En este art\u00edculo, los investigadores han descubierto, utilizando principios de la F\u00edsica b\u00e1sica, que las observaciones pueden reproducirse si se asume que la materia oscura est\u00e1 en equilibrio, es decir, en m\u00e1xima entrop\u00eda. Las consecuencias de este resultado pueden ser muy importantes porque indicar\u00edan que la materia oscura ha intercambiado energ\u00eda consigo misma y\/o con el resto de la materia ordinaria.<\/p>\n

\u201cEl hecho de que lo haya hecho en tan poco tiempo, comparado con la edad del Universo, podr\u00eda ser consecuencia de que existe una forma en que la materia oscura interacciona con el resto de la materia m\u00e1s all\u00e1 de la gravedad\u201d, se\u00f1ala Ignacio Trujillo, investigador del IAC y coautor del estudio. \u201cHabr\u00e1 que explorar exactamente qu\u00e9 mecanismo es, pero las consecuencias pueden ser fascinantes para entender qu\u00e9 es esta componente que domina la materia total del Universo\u201d.<\/p>\n

Art\u00edculo: <\/strong>Jorge S\u00e1nchez Almeida, Ignacio Trujillo y \u00c1ngel Ricardo Plastino. \u201cThe principle of maximum entropy explains the cores observed in the mass distribution of dwarf galaxies\u201d. 2020, A&A Letters<\/em>. DOI: https:\/\/doi.org\/10.1051\/0004-6361\/202039190<\/p>\n

– A&A: https:\/\/www.aanda.org\/articles\/aa\/pdf\/2020\/10\/aa39190-20.pdf<\/p>\n

– Arxiv: https:\/\/arxiv.org\/abs\/2009.08994<\/p>\n

Cr\u00e9ditos de la imagen:<\/strong> Imagen tomada\u00a0del articulo Brinckmann y colaboradores (2018, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 474, 746; https:\/\/doi.org\/10.1093\/mnras\/stx2782).<\/p>\n

(Nota e imagen cedida por el IAC).<\/p>\n

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