¿Encontraremos materia oscura atrapada en el Sol?

Para explicar algunas discrepancias entre la teoría y las observaciones de la estructura solar, un grupo de investigadores propuso un nuevo modelo según el cual la materia oscura, con algunas propiedades específicas (llamadas asimétricas), formaría parte del núcleo solar que influye en el transporte de calor dentro la estrella. Además, la materia oscura podría modificar, entre otras cosas, las propiedades “mecánicas”, estudiadas por la “heliosismología” y el flujo de neutrinos emitidos

De acuerdo con un estudio publicado en la revista Physical Review Letters publicado con el título Possible Indication of Momentum-Dependent Asymmetric Dark Matter in the Sun, algunas discrepancias inexplicables entre los modelos matemáticos que describen la estructura del Sol y las observaciones astronómicas podría resolverse asumiendo que nuestra estrella oculta materia oscura en su interior.

Este modelo, según el cual la materia oscura tendría una interacción “especial” con la materia ordinaria, podría explicar las observaciones con mayor precisión que los modelos convencionales que tratan de descubrir los secretos de este componente enigmático.

El modelo solar estándar, derivado de las mediciones de la luminosidad solar y otros datos de observación, nos permiten entender los cambios de temperatura y la densidad de nuestra estrella.

Este modelo ha tenido durante mucho tiempo un gran éxito, pero recientemente entró en conflicto con las observaciones heliosismológicas que miden la velocidad de las ondas de presión que se propagan en el interior del Sol, la profundidad de la envoltura convectiva y el flujo de neutrinos.

Para resolver la discrepancia entre la teoría y observaciones, los investigadores trataron de ver si hay formas alternativas y más eficientes, con la que el calor puede llegar a la superficie del Sol desde su núcleo.

Sol, materia oscura y wimp

Sol, materia oscura y wimp

Una posibilidad es que la estrella pueda contener un poco de materia oscura, atrapada, debido a las colisiones y los efectos gravitacionales de captura, a su paso por el halo galáctico. De esta manera, la materia oscura sería responsable de transportar el calor desde el núcleo hasta las capas externas, y más frías, del sol.

Pero, ¿de qué tipo de partículas estamos hablando? Sabemos que los físicos han postulado varios candidatos: van desde los WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), es decir, partículas masivas que interactúan débilmente con la materia ordinaria, los axiones pueden llegar a las partículas supersimétricas, como el neutralino.

Más recientemente, sin embargo, se han formulado modelos basados ​​en un tipo de materia oscura formada por un poco menos de antimateria, ha sido denominada “materia oscura asimétrica”: en este caso no habría aniquilaciones, existiendo alrededor de estas anti-partículas relativas, que pueden hacer disminuir su densidad en el interior del sol.

Así, a partir de esta hipótesis, Aaron Vincent de la Universidad de Durham en el Reino Unido, junto con colegas del Imperial College de Londres y el Instituto de Ciencias Espaciales en España, han tratado de comprobar cómo la interacción entre las partículas de “materia oscura asimétrica” y la materia ordinaria podría describir mejor las observaciones.

Comparando, de tres formas diferentes, los parámetros derivados de los datos observables con los predichos por el modelo estándar de la estructura solar y con modelos que incorporan la interacción de la materia oscura y la materia ordinaria, los científicos encontraron sólo en un caso, la mejor descripción de los datos. Aquí asumimos que las partículas de materia oscura tienen una masa de 3 GeV, mientras que ni el modelo estándar de la estructura solar ni los otros dos, sobre la base de la materia oscura, proporcionan valores coherentes con los datos observados.

Sol y materia oscura

Sol y materia oscura

Las partículas de materia oscura que muestran una consistencia con los datos de la heliosismologia se caracterozam por dar un camino libre medio más grande dentro del y por lo tanto el transporte de calor hacia las capas externas se produce de manera más eficiente.

Según Vincent esta interacción no tendría que ver con las cuatro interacciones fundamentales conocidas, pueden representar un nuevo tipo de interacción entre la materia oscura y las partículas de la materia ordinaria.

En resumen, y traducido en otras palabras, los científicos han considerado algún tipo de materia oscura, que sigue siendo consistente con los límites impuestos por los experimentos actuales, y trataron de ver si podrían resolver un problema de observación que ha durado mucho tiempo.

Los investigadores ahora esperan desarrollar su modelo de entender más en detalle cómo es esta interacción, ya que hay un zoológico de posibles candidatos que podrían explicar este proceso. Se espera que los experimentos que se llevarán a cabo próximamente con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y los detectores subterráneos como el Super Cryogenic Dark Matter Search (SuperCDMS), confirmarán o negarán la existencia de estas partículas de materia oscura asimétrica.

Según Vincent podríamos estar cerca de resolver el misterio. El objetivo será ver si realmente tenemos una indicación de la existencia de la materia oscura atrapada en el sol o si nos encontramos con algo que se parece a la materia oscura desde un punto de vista matemático, pero la materia oscura es en realidad algo más sutil que lo que está pasando en el sol.

“El trabajo es muy interesante”, dijo a los medios de comunicación Nicolao Fornego del Departamento de Física de la Universidad de Turín y INFN. “La dificultad de los modelos solares en la reproducción de la medidas de la heliosismología está presente desde hace algún tiempo y se ha vuelto aún más crítica con los más recientes modelos solares actualizados. En el pasado se estudió la posibilidad de que la materia oscura capturada gravitacionalmente en las partes centrales de nuestra estrella pudiera producir cambios en el perfil radial de la velocidad del sonido en el Sol, pero el uso de los mecanismos de interacción entre la materia oscura y los núcles que componen el sol más estandar”.

“El mecanismo propuesto por los autores es capaz de obtener un mejor acuerdo del perfil radial de la velocidad del sonido en el sol. La única perplejidad radica en el hecho de que la partícula de materia oscura necesaria para lograr el efecto es muy ligera (3- 5 GeV), partículas que son difíciles de detectar por lo son capturardas gravitacionalmente por el Sol, tendiendo a ‘evaporarse’ en escalas de tiempo cortas. Este es un punto que no se discute en el trabajo y que merece un profundo análisis”, concluye Fornego.

“Es una teoría interesante, pero aún no se ha demostrado”, añade Marco Pallavicini del Departamento de Física de la Universidad de Génova y también del INFN: “La discrepancia en cuestión ya era conocida y aún no está bien entendida. En la actualidad, el modelo propuesto por los autores debe ser considerado sólo como una hipótesis que puede ser confirmada por la investigación adicional. Si se demuestra cierta, sería de enorme interés porque además de resolver el problema de las discrepancias entre los flujos de neutrinos y la heliosismología, proporcionaría información sobre las características de la interacción entre la materia oscura, o al menos una parte de ella, (no tenemos ni idea de si la materia oscura es una cosa o muchas cosas juntas) y la materia ordinaria. Por lo tanto, se trata de una posibilidad teórica interesante que sólo más datos experimentales y futuras investigaciones confirmarán o negarán”.

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