¿Formación de estrellas de Bose a partir de "gotas" de materia oscura?

Unos investigadores han desarrollado un modelo matemático que describe el movimiento de las partículas de materia oscura dentro de los halos de las galaxias más pequeñas. Y han observado en dicho modelo que, con el paso del tiempo, la materia oscura puede dar lugar a gotas esféricas de condensado cuántico. Anteriormente esto se consideraba imposible.

La materia oscura es una forma de materia hipotética que no emite radiación electromagnética. Esta propiedad dificulta las búsquedas de materia oscura y hace todavía más difícil demostrar su existencia. Las partículas de materia oscura interactúan entre sí y con la materia ordinaria de una forma tan débil que solo se puede detectar su campo gravitatorio. La materia oscura no se manifiesta de otras formas. Cada galaxia está rodeada por una envoltura (halo) de materia oscura con un tamaño y masa mucho mayores que los de la materia normal de la que están hechos sus astros de las clases conocidas por la ciencia.

El equipo de Dmitry Levkov, del Instituto de Investigación Nuclear, así como Igor Tkachov y Alexander Panin, del Instituto de Física Nuclear, ambas entidades adscritas a la Academia Rusa de Ciencias, ha llegado a la conclusión de que las partículas de materia oscura, si son bosones con una masa lo bastante pequeña, podrían formar un condensado de Bose-Einstein en los halos de galaxias pequeñas o en subestructuras que lo son todavía más, debido a sus interacciones gravitacionales. Entre tales subestructuras figurarían halos de galaxias enanas y minicúmulos, con un porcentaje de materia oscura muchísimo mayor que el de las galaxias normales.

Imagen izquierda: momento inicial, cuando la materia se mezcla; imagen de la derecha: el momento inmediatamente posterior a la formación de una estrella de Bose. El color indica la densidad: blanco-azul-verde-amarillo, desde poca a mucha. (Imágenes: Dmitry Levkov)

El condensado de Bose-Einstein es un estado exótico de la materia, en el cual las partículas, cuánticas, ocupan todas ellas el nivel de energía más bajo. Un condensado de Bose-Einstein se puede producir en el laboratorio a muy bajas temperaturas a partir de átomos comunes. Este estado de la materia exhibe propiedades únicas, como la superfluidez.

En las simulaciones con el modelo, después de un periodo muy largo, 100.000 veces más largo que el tiempo necesario para que una partícula cruce el volumen de la simulación, las partículas formaron de manera espontánea un condensado, que inmediatamente adoptó la forma de una gota esférica, una estrella de Bose, bajo el efecto de la gravedad. Podría ser, por tanto, que en los centros de los halos de las galaxias enanas se pudieran formar condensados de Bose-Einstein en un tiempo inferior al de la vida del universo. Esto significa que podría haber ahora estrellas de Bose poblándolos.

Según una hipótesis, los condensados de Bose podrían haberse formado en el universo temprano, mucho antes de la creación de las galaxias o los minicúmulos, pero en la actualidad carecemos de pruebas fiables al respecto.

Los científicos señalan que, curiosamente, según la teoría, las estrellas de Bose son capaces de producir ráfagas rápidas de ondas de radio (FRBs, por sus siglas en inglés). Estas enigmáticas manifestaciones astrofísicas han desconcertado a los científicos desde que se detectó la primera de ellas hace un decenio. Se trata de misteriosos "fogonazos" ultrabreves, de apenas unas milésimas de segundo, que llegan de todas direcciones del cielo y que no parecen encajar con ningún fenómeno astrofísico conocido, aunque sí está claro que en ellos intervienen cantidades colosales de energía.

En teoría, unas hipotéticas partículas de materia oscura, denominadas "axiones", son capaces de interactuar, aunque muy débilmente, con campos electromagnéticos y pueden desintegrarse dando lugar a radiofotones. Este efecto, si realmente se da, debe ser pequeñísimo, pero dentro de una estrella de Bose podría ser amplificado de manera resonante como en un láser, y esto podría conducir a la generación de colosales fogonazos de ondas de radio.

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