Buscando la masa de las partículas de la materia oscura

El conocimiento que se tiene del Universo es amplio; sin embargo, aún es pequeño comparado con el tamaño del cosmos. Las respuestas a grandes dudas sobre la materia oscura y la energía oscura, por ejemplo, se dificultan porque en la Tierra no existe un laboratorio donde se puedan elaborar estrellas o galaxias, por lo que los científicos teóricos han tenido que buscar la forma de enfrentar esta problemática y lo han hecho a través de modelos computacionales.

Uno de los investigadores interesados en obtener respuestas a sus preguntas en el campo de la astronomía es Luis Arturo Ureña López, quien comentó que durante su trayectoria ha aprendido que a través del modelo de materia oscura con campo escalar y observando las propiedades de una galaxia se puede determinar la masa de las partículas, lo que se puede obtener con otros modelos, pero asegura que lo que más le ha sorprendido es que con el modelo con el que trabaja se pueda hacer con suficiente precisión.

El modelo

Para explicar el modelo de materia oscura con campos escalar apuntó que las partículas básicas que forman a los átomos son los electrones, protones y neutrones, las cuales son fermiones que se caracterizan por tener un espín – propiedad cuántica de las partículas subatómicas– semientero, el cual toma valores como ½, 3/2 y así sucesivamente. Pero existen otro tipo de partículas, como los fotones, que son los que componen a la luz, cuyo espín es un número entero y se les conoce como bosones.

“El campo escalar sería una nueva partícula cuyo espín sería ´0´, el número más sencillo posible, por lo que los campos escalares serían también partículas bosóicas como el Higgs”, dijo el especialista en cosmología.

Ureña López, ganador en el área de ciencias exactas del Premio de Investigación de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC) 2014, se ha enfocado desde hace años, en conjunto con varios colegas, a proponer modelos para explicar tanto la materia oscura como la energía oscura.

“Estos modelos hacen uso de componentes materiales que hasta el momento son especulativos y que se conocen como campos escalares, los cuales, en principio, tienen propiedades matemáticas y físicas muy bien definidas. Entonces se trata de proponer que con un campo escalar un tipo de partícula muy sencilla se puede modelar la materia oscura”, dijo.

El investigador ofreció hoy la conferencia “Imaginando al Universo: una búsqueda por sus componentes esenciales”, en el auditorio de la División de Ciencias e Ingenierías, en la Universidad de Guanajuato, campus León. La presentación de la plática estuvo a cargo del doctor Octavio Obregón, miembro de la AMC e investigador emérito del SNI.

Orbitando alrededor de nuestra galaxia, la Vía Láctea, existe un conjunto de galaxias más pequeñas conocidas como galaxias enanas esferoidales (dwarf spheroidal galaxy), conocidas así porque poseer una masa mil o diez mil veces menor a la de la Vía Láctea. Del 2011 a la fecha se han hecho observaciones y se han podido crear métodos para poder extraer información útil sobre el comportamiento de la materia oscura en pequeñas galaxias de este tipo, e intentar con ello probar la viabilidad o no de distintos modelos teóricos, entre ellos el de campo escalar.

Los resultados más recientes sobre el modelo de materia oscura con campo escalar están por ser enviados para su consideración a la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) «Estamos revisando con cuidado cada uno de los pasos de la comparación de la observación de la galaxias enanas con las simulaciones computacionales», adelantó.

Los cuatro autores principales del artículo “Axion-like dark matter and the Milky Way dwarf spheroidals” son: Jorge Peñarrubia, profesor del Instituto de Astronomía de la Universidad de Edimburgo; David Marsh, del King’s College; Alma González,  beneficiaría del programa Cátedras Conacyt para Jóvenes Investigadores, y Ureña López, estos dos últimos de la Universidad de Guanajuato.

Lo que se busca demostrar con esta investigación es que se puede medir la masa de la partícula del campo escalar. «Estamos tratando de determinar, lo más cercano posible, cuál podría ser su masa».

Otra colaboración internacional

Luis Arturo Ureña López mencionó que un grupo de ocho científicos mexicanos participan en una colaboración internacional llamada Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), que utilizará un telescopio que se encuentra en Estados Unidos (Kitt Peak National Observatory) para realizar un catálogo de decenas de millones de galaxias con la posición y la velocidad que están teniendo en el momento en que se captan «y ese inventario nos va a decir cómo se están distribuyendo las galaxias, cómo está actuando sobre ellas la materia de la que están hechas, y viceversa, es decir, sobre la gravedad, y cómo ésta las influye».

Esta colaboración involucra a más de 40 instituciones internacionales. En México colaboran  investigadores de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav), del Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares (ININ) y  de la Universidad de Guanajuato (UG).

“En esta primera parte todavía no hay toma de datos porque recién se obtuvo el financiamiento, pero en el 2018 esperamos tener todo listo para hacerlo; por lo  pronto,  nos estamos preparando para tener toda la maquinaria de software y hardware. Este catálogo no solo nos interesa a nosotros, también a otros equipos que trabajan modelos de energía y materia oscura en general. Tenemos interés particular en seguir explorando este modelo de campos escalares», sostuvo.

Destacó que estudiar el Universo es expandir el conocimiento sobre la naturaleza y que el conocimiento que se ha adquirido lleva a tratar de entender conceptos más grandes, como es comprender a nuestra galaxia o el Universo completo.

Es importante que un país como México, que está en desarrollo, que tiene que trabajar más para tener tecnología propia, no quede fuera de estas importantes preguntas, expresó. “Es necesario mantener viva la investigación sobre el Universo, porque eso ha provocado que nos estemos cuestionando lo que hemos aprendido desde los laboratorios terrestres, no solo en países avanzados, sino también los que están en vías de desarrollo”.