Científicos proponen un nuevo método para la búsqueda de materia oscura
Por: Tejasri Gururaj, Phys.org.
20 de septiembre de 2024
Un técnico inspecciona uno de los espejos de LIGO iluminando su superficie con luz desde un ángulo oblicuo. Crédito de la imagen: LIGO.
La materia oscura, una forma de materia esquiva, constituye hasta el 30% de la materia observable en el Universo; no absorbe, emite ni refleja la luz, por lo que resulta invisible para nosotros. Su presencia se infiere de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible, como el movimiento de los cúmulos de galaxias y la rotación de las galaxias. Debido a su naturaleza esquiva, ha despertado un gran interés entre los científicos, pero, a pesar de las extensas investigaciones, su naturaleza sigue siendo desconocida.
Un nuevo estudio publicado en Physical Review Letters (PRL) propone utilizar detectores de ondas gravitacionales como LIGO para buscar materia oscura en el campo escalar, uno de los candidatos a brindar una explicación sobre la naturaleza de la materia oscura. Este candidato particular, es consistente con partículas ultraligeras de bosones escalares, lo que significa que no poseen espín intrínseco ni direccionalidad. En términos simples, si se rotaran en el espacio, sus propiedades permanecerían inalteradas.
Se cree que la materia oscura de campo escalar interactúa débilmente con la materia y la luz. Esta interacción débil, junto con su baja masa, significa que la materia oscura de campo escalar puede exhibir estructuras similares a ondas, extendiéndose y superponiéndose para formar patrones de ondas. Esto les permite crear formaciones estables, como nubes de materia oscura que pueden moverse por el espacio sin desintegrarse. Esta propiedad de la materia oscura de campo escalar es clave para utilizar detectores de ondas gravitacionales, como LIGO, para buscarlas.
El Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO) utiliza interferómetros láser para detectar ondas gravitacionales. El sistema consta de dos brazos de 4 kilómetros en ángulo recto. Un haz láser se divide en dos y se envía a lo largo de cada brazo. Los detectores de ondas gravitacionales son dispositivos altamente sensibles que detectan pequeñas distorsiones (también conocidas como ondas gravitacionales) en el espacio-tiempo.
Las ondas gravitacionales estiran y comprimen el propio espacio-tiempo y, como son de naturaleza transversal, harían que la distancia de uno de los brazos se estirara, mientras que el otro se comprimiría. Esto significa que el tiempo que tarda la luz en recorrer cada brazo sería diferente. Los dos haces se envían de nuevo al centro mediante un espejo y se miden los patrones de interferencia. El patrón de interferencia modificado es el modo en que LIGO detecta la presencia de una onda gravitacional.
El equipo de investigación liderado por expertos de la Universidad de Cardiff y el Instituto Max Planck para la Física Gravitacional, desarrolló un modelo teórico para comprender cómo la materia oscura del campo escalar interactuaría con los componentes LIGO, los divisores de haz y las masas de prueba. Con este objetivo, plantearon simulaciones para comprender cómo afectaría la materia oscura del campo escalar a la información de LIGO, si estuviera presente. La simulación proporciona una idea del tipo de señal o anomalía que deberían buscar en los datos de LIGO.
El equipo no pudo encontrar evidencia convincente de la existencia de materia oscura en el campo escalar en los datos de LIGO. Sin embargo, pudieron establecer nuevos límites superiores para la fuerza de la interacción entre la materia oscura y los componentes de LIGO. Esta fuerza de acoplamiento es el valor umbral por encima del cual se puede detectar la presencia de materia oscura escalar. El valor de esta fuerza de acoplamiento se ha mejorado en un factor de 10.000 con respecto a trabajos anteriores, en este rango de frecuencias en particular.
Fuente:
https://phys.org/news/2024-09-scientists-method-dark-ligo.html