Materia oscura caliente

Materia oscura caliente (HDM) es una forma teórica de materia oscura que consiste en partículas que viajan con velocidades ultrarrelativistas.

La materia oscura es una forma de materia que no emite ni absorbe luz. Dentro de la física, este comportamiento se caracteriza por que la materia oscura no interactúa con la radiación electromagnética, lo que la hace oscura y la hace indetectable a través de instrumentos físicos convencionales. Los datos de las curvas de rotación de las galaxias indican que aproximadamente el 80 % de la masa de una galaxia no se puede ver, lo que obliga a los investigadores a innovar en formas que indirectamente la detecten a través de los efectos de la materia oscura en las fluctuaciones gravitacionales. Como veremos a continuación, es útil diferenciar la materia oscura en materia "caliente" (HDM) y "frío" (CDM), algunos incluso sugieren un término medio de "cálido" materia oscura (WDM). La terminología se refiere a la masa de las partículas de materia oscura (que determina la velocidad a la que viajan): HDM viaja más rápido que CDM porque se teoriza que las partículas HDM tienen una masa menor.

Papel en la formación de galaxias

La impresión del artista de la materia oscura que rodea la Vía Láctea. Crédito: ESO/L. Calçada

En términos de su aplicación, la distribución de la materia oscura caliente también podría ayudar a explicar cómo se formaron los cúmulos y supercúmulos de galaxias después del Big Bang. Los teóricos afirman que existen dos clases de materia oscura: 1) aquellas que "se congregan alrededor de miembros individuales de un cúmulo de galaxias visibles" y 2) las que engloban "los clústeres en su conjunto." Debido a que la materia oscura fría posee una velocidad más baja, podría ser la fuente de "bultos más pequeños del tamaño de una galaxia" como se muestra en la imagen. La materia oscura caliente, entonces, debería corresponder a la formación de agregados de masa más grandes que rodean cúmulos de galaxias completos. Sin embargo, los datos de la radiación cósmica de fondo de microondas, medidos por el satélite COBE, son muy uniformes, y las partículas de materia oscura caliente de alta velocidad no pueden formar grupos tan pequeños como las galaxias a partir de un estado inicial tan suave, lo que resalta una discrepancia en lo que la teoría de la materia oscura y los datos reales están diciendo. Teóricamente, para explicar estructuras de escala relativamente pequeña en el Universo observable, es necesario invocar la materia oscura fría o WDM. En otras palabras, que la materia oscura caliente sea la única sustancia que explica la formación de galaxias cósmicas ya no es viable, lo que coloca a la materia oscura caliente bajo el paraguas más amplio de la teoría de la materia oscura mixta (MDM).

Neutrinos

Un ejemplo de una partícula de materia oscura caliente es el neutrino. Los neutrinos tienen masas muy pequeñas y no participan en dos de las cuatro fuerzas fundamentales, la interacción electromagnética y la interacción fuerte. Interactúan por la interacción débil, y muy probablemente por la gravedad, pero debido a la fuerza débil de estas fuerzas, son difíciles de detectar. Varios proyectos, como el observatorio de neutrinos Super-Kamiokande, en Gifu, Japón, están estudiando actualmente estos neutrinos.