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En búsqueda de la identidad de la Materia oscura usando las galaxias satélites de la vía láctea.

Revelar la identidad de la materia oscura es sin duda uno de los retos más importantes que tiene la Física y la Astrofísica en la actualidad. Recordemos que todas las pruebas de la existencia de la materia oscura vienen de efectos gravitacionales observados a escalas astronómicas: curvas de rotación de galaxias, lentes gravitacionales en cúmulos de galaxias, en la radiación cósmica de fondo y en iteraciones entre cúmulos de galaxias entre muchas otras. Todas estas observaciones concluyen que aproximadamente el 90% del contenido de materia en el Universo es materia oscura, cuya identidad aun es desconocida. Como consecuencia esfuerzos desde todos los ámbitos de la física son necesarios, desde detectores de partículas hasta pruebas astrofísicas. En el astrobito de hoy les contamos una de las formas en las que se puede intentar revelar la identidad de esta misteriosa componente de nuestro Universo usando las galaxias satélites de la Vía Láctea.

Pero antes de saltar a los resultados de este artículo hagamos un repaso de una de las tantas ideas de lo que puede ser la materia oscura. Una de las ideas, mas no la única, es que la materia oscura esta compuesta por partículas de materia oscura así como hay partículas de materia bariónica. Ahora bien, si existieran partículas de materia oscura en el Universo, es posible que estas partículas oscuras interactuen con partículas bariónicas, tales como protones, neutrinos etc. Esta interacción podría producir dispersión por ejemplo cuando una partícula de materia oscura pase cerca de un protón. Dicha dispersión podría ser observada lo cual revelaría propiedades de la materia oscura.

La magnitud de la dispersión entre partículas de materia oscura y materia bariónica depende de  la sección eficaz de entre estas dos partículas. Si la sección eficaz es grande la magnitud de la dispersión también lo sera. Esta interacción debería manifestarse en diversas observaciones como por ejemplo en la radiación cósmica de fondo, en el bosque de Lyman-α y en la linea de 21-cm del Universo temprano entre otras. Sin embargo no ha habido señales de dicha interacción en esas observaciones. La falta de éxito entonces pone restricciones en el valor de la sección eficaz de la partícula de materia oscura. Estas restricciones son muy importantes pues ayudan a diseñar instrumentos que puedan detectores sensibles a determinadas secciones eficaces.

El artículo de hoy propone restringir los valores de la sección eficaz de la materia oscura usando las galaxias satélites de la Vía Láctea. La idea es la siguiente, sabemos que la materia oscura colapsa en estructuras masivas llamadas halos. Si la materia oscura puede ser dispersada por la materia bariónica esta interacción debe impedir que halos menores a una cierta masa critica se formen. El valor de la masa critica depende de la masa de las partículas de materia oscura y de su sección eficaz. Entonces, midiendo la masa halos de materia oscura se pueden poner restricciones en cuales son las secciones eficaces permitidas para la materia oscura en función de su masa.  Y es aquí donde entran las galaxias satélites de la Vía Láctea pues estas residen en los halos más pequeños que conocemos hasta el momento y por lo tanto usando su masa podemos restringir los valores de  la sección eficaz (σ).

Figura 1:  Secciones eficaces de una partícula de materia oscura en función de su posible masa. La región en azul muestra las secciones eficaces descartadas usando las galaxias satélites de la Via Láctea. En verde se muestran las regiones descartadas por observaciones de la radiación cósmica de fondo (CMB) y por el bosque de Lyman-α. En gris se muestran las regiones en las cuales los experimentos de detección indirecta y directa están buscando la partícula de materia oscura.

 

En la Figura 1 vemos los resultados de estos cálculos. En el eje x se muestra la masa que podría tener una partícula de materia oscura. En el eje esta la sección eficaz (σ).  Usando la masa de los halos de materia oscura de las galaxias satélites los autores pusieron restricciones sobre la sección eficaz. La región en azul muestra las secciones eficaces descartadas usando las galaxias satélites de la Via Láctea. En verde se muestran las regiones descartadas por observaciones de la radiación cósmica de fondo (CMB) y por el bosque de Lyman-α. En gris se muestran las regiones en las cuales los experimentos de detección indirecta y directa están buscando la partícula de materia oscura. Este nuevo método puso restricciones mas grandes a las que han puesto otras mediciones como la CMB y el Bosque de Lyman-α. A medida que mas restricciones surgan mas cerca se estará de decir que es o que no es la materia oscura. Por el momento la búsqueda de la identidad de la materia oscura continua.

 

 

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