UNIVERSIDAD DEL PAÍS VASCO

Tom Broadhurst, investigador Ikerbasque en la UPV/EHU publica hoy una nueva investigación en la prestigiosa

Los resultados son muy prometedores, ya que suponen la reiterpretación de la fría al abrir la posibilidad de que pueda ser considerada como un fluido cuántico muy frío que rige la formación de la estructura a lo largo de todo el Universo.

Tom Broadhurst, investigador Ikerbasque en el Departamento de Física Teórica de la UPV/EHU, ha participado junto a científicos de la Universidad Nacional de Taiwan en una investigación que profundiza en la materia oscura fría y propone nuevas respuestas sobre la formación de galaxias y la estructura en el Universo. Estas predicciones, publicadas hoy en la prestigiosa revista Nature Physics, están siendo contrastadas con nuevos datos aportados por el telescopio espacial Hubble.

En cosmología, la materia oscura fría es una forma de materia cuyas partículas se mueven lentamente en comparación con la luz e interaccionan de un modo débil con la radiación electromagnética. Se estima que solo una pequeña fracción de la materia en el Universo es materia bariónica, la que forma estrellas, planetas y organismos vivientes. El resto, más de un 80%, es materia y energía oscura.

La teoría de la materia oscura fría ayuda a explicar cómo el universo evolucionó desde su estado inicial a la distribución de galaxias y clústeres actual, la estructura del Universo a gran escala. En cualquier caso, la teoría no era capaz de explicar de un modo satisfactorio ciertas observaciones, y la nueva investigación de Broadhurst y sus compañeros aporta nueva luz al respecto.

Tal y como explica el investigador Ikerbasque, “hemos reinterpretado la materia oscura fría como un condensado de Bose-Einstein, guiados por las primeras simulaciones de la formación de galaxias en este contexto”. De este modo, “los bosones muy ligeros que forman el condensado comparten la misma función de onda cuántica, de manera que se forman en escalas astronómicas patrones de interferencia en forma de onda a gran escala.”

Esta tesis sirve para plantear que todas las galaxias en este contexto deberían tener en su centro grandes ondas estacionarias de la materia oscura, llamada solitones, que explicarían los núcleos desconcertantes observados en galaxias enanas comunes.

La investigación también permite predecir que las galaxias se forman relativamente tarde en este contexto en comparación con la interpretación de partículas estándar de la materia oscura fría. Estas nuevas predicciones están siendo contrastadas por el equipo con observaciones del telescopio espacial Hubble.

Los resultados son muy prometedores, ya que abren la posibilidad de que la materia oscura pueda ser considerada como un fluido cuántico muy frío que rige la formación de la estructura a lo largo de todo el Universo.

No es la primera publicación de Thomas Broadhurst en la prestigiosa revista Nature. En 2012 participó en una investigación sobre una galaxia de la época de la reionización, una etapa del universo temprano no investigada previamente y que puede que se trate de la galaxia más antigua descubierta. Esta investigación abrió nuevas posibilidades de investigación sobre las primeras galaxias surgidas tras el Big Bang.

Tom Broadhurst es doctor en física por la Universidad de Durham (Reino Unido), hasta su incorporación a Ikerbasque desarrollo su investigación en centros de investigación de primer nivel en Reino Unido, EEUU, Alemania, Israel, Japón y Taiwan. Ha publicado 184 artículos en revistas científicas de primer orden y hasta la fecha, ha recibido 11.800 citas. En 2010 fue contratado por Ikerbasque y desarrolla su trabajo en el departamento de Física Teórica de la UPV/EHU. Su línea de investigación se centra en la cosmología observacional, materia oscura y la formación de galaxias.

Referencia bibliográfica

H-Y. Schive, T. Chiueh & T. Broadhurst. Cosmic structure as the quantum interference of a coherent dark wave. Nature Physics, 2014. DOI 10.1038/nphys2996

materia-oscura

(a) Esta figura muestra que una comparativa de la distribución de la materia es muy parecida a gran escala entre la materia oscura de onda objeto de esta investigación y la partícula de materia oscura habitual.

(b) Esta figura muestra que en las galaxias la estructura es muy diferente en la interpretación de la onda que se lleva a cabo en esta investigación, en la que se predice el solitón de materia oscura en el centro rodeado por un extenso halo de materia oscura en forma de grandes “granos”, que son ondas de densidad lentamente fluctuantes. Esto conduce a muchas predicciones y resuelve el problema de los núcleos desconcertantes en las galaxias más pequeñas.

La tercera figura es una comparación de losperfiles de densidadradial de lasgalaxias que han creado los investigadores mostrando el solitón en el centro de cada galaxia con un haloque lo rode. Los solitones son más amplios pero menos masivos en las galaxias más pequeñas.