La clave de la materia oscura para un rompecabezas cósmico

No sabemos cómo se formaron los campos magnéticos. Ahora una nueva investigación teórica cuenta cómo la parte invisible de nuestro Universo podría ayudarnos a descubrirlo, sugiriendo una génesis primordial, incluso dentro de un segundo de Big Bang.

Los minihalos de materia oscura esparcidos por el Cosmos podrían funcionar como sondas altamente sensibles de campos magnéticos primordiales. Esto es lo que se desprende de un estudio teórico realizado por Sissa y publicado en la revista Cartas de revisión física.

Presentes en una escala inmensa, los campos magnéticos se encuentran en todas partes del Universo. Sin embargo, su origen sigue siendo un tema de debate entre los estudiosos. Una posibilidad intrigante es que los campos magnéticos se originaron cerca del nacimiento del universo mismo, es decir, que sean campos magnéticos primordiales.

En el estudio, los investigadores demostraron que si los campos magnéticos fueran verdaderamente primordiales, podrían causar mayores perturbaciones en la densidad de la materia oscura a pequeña escala. El efecto final de este proceso sería la formación de minihalos de materia oscura que, de detectarse, sugerirían una naturaleza primordial de los campos magnéticos.

Así, en una aparente paradoja, la parte invisible de nuestro Universo podría ser útil para resolver la naturaleza de un componente del visible.

En el estudio, los investigadores demostraron que si los campos magnéticos fueran verdaderamente primordiales, podrían causar mayores perturbaciones en la densidad de la materia oscura a pequeña escala. El efecto final de este proceso sería la formación de minihalos de materia oscura que, de detectarse, sugerirían una naturaleza primordial de los campos magnéticos. Crédito: Lucie Chrastecka

Arrojando luz sobre la formación de campos magnéticos

«Los campos magnéticos están omnipresentes en el Cosmos», explica Pranjal Ralegankar de SISSA, autor de la investigación. “Una posible teoría sobre su formación sugiere que los observados hasta ahora podrían producirse en las primeras etapas de nuestro Universo. Sin embargo, esta proposición carece de explicación en el modelo estándar de física.

Para arrojar luz sobre este aspecto y encontrar una manera de detectar campos magnéticos «primordiales», con este trabajo proponemos un método que podríamos definir como «indirecto». Nuestro enfoque se basa en una pregunta: ¿cuál es la influencia de los campos magnéticos sobre la materia oscura?” Se sabe que no existe interacción directa. Sin embargo, como explica Ralegankar, “hay uno indirecto que ocurre a través de la gravedad”.

Directamente desde el Universo Primordial

Los campos magnéticos primordiales pueden aumentar las perturbaciones en la densidad de electrones y protones en el Universo temprano. Cuando estos se vuelven demasiado grandes, afectan a los propios campos magnéticos. La consecuencia es la supresión de fluctuaciones de pequeña escala.

Ralegankar explica: “En el estudio mostramos algo inesperado. El crecimiento de la densidad bariónica induce gravitacionalmente el crecimiento de perturbaciones de la materia oscura sin posibilidad de cancelación posterior. Esto provocaría su colapso a pequeña escala, produciendo minihalos de materia oscura”.

La consecuencia, continúa el autor, es que incluso si las fluctuaciones en la densidad de la materia bariónica se anularan, dejarían huellas a través de los minihalos, todo ello exclusivamente a través de interacciones gravitacionales.

“Estos resultados teóricos”, concluye Pranjal Ralegankar, “también sugieren que la abundancia de minihalos no está determinada por la presencia actual de campos magnéticos primordiales, sino más bien por su fuerza en el Universo temprano. Por lo tanto, la detección de minihalos de materia oscura reforzaría la hipótesis de que los campos magnéticos se formaron muy temprano, incluso un segundo después del Big Bang”.

Referencia: “Dark Matter Minihalos from Primordial Magnetic Fields” por Pranjal Ralegankar, 8 de diciembre de 2023, Cartas de revisión física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.231002