Una partícula de materia oscura podría revelar el punto ciego del universo

Una nueva investigación sugiere que la búsqueda de materia oscura podría estar confundiendo con ruido señales de axiones, hipotéticas partículas fósiles que tienen la información de lo que pasó un segundo después del Big Bang, el punto ciego de la historia del universo.

El origen del universo representa uno de los misterios más grandes de la cosmología. Pensamos que todo se inició con una gran explosión (Big Bang) que dio origen a la materia y la energía, hace 13.700 millones de años.

Sin embargo, nunca hemos podido retroceder tanto en el conocimiento del universo: las primeras noticias de lo que pasó después de la gran explosión nos han permitido conocer algo del universo cuando ya tenía casi 400.000 años de vida.

De lo que pasó entre el Big Bang y esos 400.000 años no sabemos nada: representa un punto ciego de la historia del universo.

Una nueva investigación de la Universidad de California en Santa Cruz propone un camino para descubrir lo que sucedió en el universo un segundo después del Big Bang: la clave sería encontrar una partícula misteriosa llamada axión.

Fósiles cósmicos

Fósiles cósmicos Como esa partícula todavía es hipotética, si confirmáramos su existencia no sólo habríamos descubierto un nuevo componente del universo, sino que también nos permitiría resolver el misterio de la materia oscura, de la que suponemos forma parte.

Los cosmólogos no solo están convencidos de su existencia, sino también de que el axión se habría producido de forma natural en grandes cantidades justo cuando el universo inició su historia cósmica.

También suponen que axiones fósiles continúan existiendo en la actualidad: los consideran como una especie de fotones extraños, porque se les atribuye la capacidad de transformarse en fotones (partículas de luz) en el seno de campos electromagnéticos.

Una de las cosas que están haciendo los científicos para comprobar que realmente existen, es intentar crear axiones en laboratorio mediante potentes campos electromagnéticos. Los experimentos hasta ahora no han conseguido verlos.

Otra manera de encontrar axiones sería detectarlos, porque los cosmólogos consideran que, de existir y formar parte de la materia oscura, estarían bombardeándonos continuamente: cavidades de microondas resonantes a la masa del axión en campos magnéticos podrían descubrirlos.

Otra técnica para detectar axiones es mediante helioscopios, que tratan de detectar los axiones producidos en el interior del Sol.

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Retorciendo axiones

Retorciendo axiones La nueva investigación, publicada en Physical Review D, complica un poco más el misterio de los axiones: considera que detrás de la radiación de fondo de microondas, una forma de radiación electromagnética que llena el universo por completo, hay otra radiación no menos hipotética y también misteriosa.

La radiación de fondo de microondas es una consecuencia del Big Bang, ya que los cosmólogos han constatado que el universo primigenio era un plasma compuesto por electrones, fotones y bariones, todas ellas partículas muy bien conocidas y comprobadas.

Esa radiación de fondo de microondas se originó cuando el universo se enfrió lo suficiente después del Big Bang y posibilitó que los protones y electrones se combinaran en hidrógeno neutro.

Esa combinación es la señal más antigua que hemos registrado hasta ahora en el universo y ocurrió unos 400.000 años después del Big Bang: es lo que llamamos radiación de fondo de microondas.

Fondo cósmico de axiones

Fondo cósmico de axiones Los autores de la nueva investigación consideran que los axiones que surgieron inmediatamente después del Big Bang forman otra radiación de fondo, anterior a la de microondas, y que denominan fondo de axiones cósmicos (CaB).

Si bien es solo una hipótesis, señalan que hay muchas razones para sospechar que el axión podría existir en nuestro universo formando parte de ese fondo cósmico primigenio.

Para encontrarlo, solo habría que mirar mejor en los experimentos que se desarrollan en la actualidad para encontrar la materia oscura.

Indican que los cosmólogos pueden estar identificando como ruido señales reveladoras sobre los axiones en los datos obtenidos en la búsqueda de materia oscura.

Misterios resueltos

Misterios resueltos Si la sospecha de que hay información todavía por descubrir en los datos sobre la materia oscura se confirma, no solo se habría constatado la existencia de axiones, el primer fósil de lo que queda de los primeros segundos posteriores al Big Bang.

En ese supuesto, habríamos retrocedido en el tiempo como nunca antes para comprender mejor lo que ocurrió en el punto ciego de la historia del universo.

Esta aproximación podría aportar importantes revelaciones sobre la materia oscura, la temperatura de aquellos momentos críticos, el instante en el que se inició la expansión de galaxias, y si realmente hubo dos transiciones de fase cósmica o rupturas de simetría, según se explica en un comunicado.

Todas estas cuestiones que rodean al misterio de los axiones intrigan a los cosmólogos, porque resolverlas les ayudaría a entender mejor el origen de todo lo que hoy conocemos y experimentamos.

Referencia

Cosmic axion background. Jeff A. Dror et al. Phys. Rev. D 103, 115004, 7 June 2021. DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevD.103.115004

Foto superior: Colosal explosión cósmica detectada en el cúmulo de galaxias Ofiuco, a unos 390 millones de años luz de la Tierra. NASA, ESA, ICRAR et al.