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| La Dra. Lilli Sun está a la caza de las nubes de bosones, un contendiente clave para la materia oscura. Crédito: Tracey Nearmy/ANU |
La búsqueda de ondas gravitacionales, ondulaciones en el espacio y el tiempo causadas por grandes cataclismos cósmicos, podría ayudar a resolver otro de los misterios candentes del Universo: las nubes de osones y la posibilidad de que sean un contendiente principal de la materia oscura.
Los investigadores están utilizando potentes instrumentos, como el avanzado Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO), el avanzado Virgo y KAGRA, que detectan ondas gravitacionales a miles de millones de años luz de distancia para localizar posibles nubes de bosones.
Las nubes de bosones, formadas por partículas subatómicas ultraligeras que son casi imposibles de detectar, se han sugerido como una posible fuente de materia oscura, que representa alrededor del 85% de toda la materia del Universo.
Ahora, un nuevo e importante estudio internacional llevado a cabo en el marco de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA y codirigido por investigadores de la Universidad Nacional de Australia (ANU), ofrece una de las mejores pistas hasta la fecha para dar caza a estas partículas subatómicas mediante la búsqueda de ondas gravitacionales causadas por las nubes de bosones que rodean los agujeros negros.
La Dra. Lilli Sun, del Centro de Astrofísica Gravitacional de la ANU, dijo que el estudio era la primera encuesta en todo el cielo hecha a medida para buscar las ondas gravitacionales previstas procedentes de posibles nubes de bosones cerca de agujeros negros que giran rápidamente.
"Es casi imposible detectar estas partículas de bosones ultraligeros en la Tierra", dijo el Dr. Sun.
"Las partículas, si existen, tienen una masa extremadamente pequeña y rara vez interactúan con otra materia, que es una de las propiedades clave que parece tener la materia oscura". La materia oscura es un material que no puede verse directamente, pero sabemos que existe por el efecto que tiene sobre los objetos que podemos observar.
"Pero si buscamos las ondas gravitacionales emitidas por estas nubes, podríamos ser capaces de rastrear estas elusivas partículas bosón y posiblemente descifrar el código de la materia oscura. Nuestras búsquedas también podrían permitirnos descartar ciertas partículas bosónicas ultraligeras que nuestras teorías dicen que podrían existir pero que en realidad no existen".
El Dr. Sun, también investigador asociado del Centro de Excelencia para el Descubrimiento de las Ondas Gravitacionales del ARC (OzGrav), dijo que los detectores de ondas gravitacionales permitieron a los investigadores examinar la energía de los agujeros negros en rápida rotación extraída por dichas nubes, si es que existen.
"Creemos que estos agujeros negros atrapan un gran número de partículas de bosón en su poderoso campo gravitatorio, creando una nube que se corotan con ellas. Esta delicada danza continúa durante millones de años y sigue generando ondas gravitacionales que se precipitan a través del espacio", explica.
Aunque los investigadores aún no han detectado las ondas gravitacionales de las nubes de bosones, el Dr. Sun dijo que la ciencia de las ondas gravitacionales había "abierto puertas que antes estaban cerradas para los científicos".
"Los descubrimientos de las ondas gravitacionales no solo proporcionan información sobre misteriosos objetos compactos del Universo, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, sino que también nos permiten buscar nuevas partículas y materia oscura", dijo.
"Los futuros detectores de ondas gravitacionales abrirán sin duda más posibilidades. Podremos adentrarnos más en el Universo y descubrir más datos sobre estas partículas".
"Por ejemplo, el descubrimiento de nubes de bosones mediante detectores de ondas gravitacionales aportaría importantes conocimientos sobre la materia oscura y ayudaría a avanzar en otras búsquedas de materia oscura. Además, permitiría avanzar en nuestra comprensión de la física de partículas en general".
En otro avance significativo, el estudio también arroja más luz sobre la posibilidad de que existan nubes de bosones en nuestra propia galaxia teniendo en cuenta su edad.
La Dra. Sun manifestó que la fuerza de cualquier onda gravitacional depende de la edad de la nube, y que las más antiguas envían señales más débiles.
"La nube de bosones se encoge a medida que pierde energía al enviar ondas gravitacionales", dijo el Dr. Sun.
"Aprendimos que un tipo concreto de nube de bosones de menos de 1.000 años no es probable que exista en ningún lugar de nuestra galaxia, mientras que las nubes de hasta 10 millones de años no es probable que existan en un radio de unos 3.260 años luz de la Tierra".
Fuentes, créditos y referencias:
All-sky search for gravitational wave emission from scalar boson clouds around spinning black holes in LIGO O3 data. arXiv:2111.15507v1 [astro-ph.HE], arxiv.org/abs/2111.15507