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La materia oscura alimentó las primeras estrellas del universo: nuevo estudio

La materia oscura no es realmente hacer mucho de cualquier cosa en el universo actual. Pero en los primeros días del cosmos, puede haber bolsas de materia oscura con una densidad lo suficientemente alta como para proporcionar una fuente de calor para las estrellas recién formadas. Bienvenido al extraño y maravilloso mundo de las «estrellas negras».

Un baile de materia oscura

Los modelos más simples de materia oscura son increíblemente aburridos. Es sólo… sentado allí, gravitando. Solo sabemos de su existencia a través de su sutil influencia gravitatoria en las galaxias y estructuras más grandes del universo. No interactúa con la luz, con la materia ordinaria, ni siquiera consigo mismo. Ahora mismo, podrías estar nadando en un vasto mar de partículas de materia oscura, y ni siquiera te darías cuenta.

Pero esta imagen simplista de la materia oscura tiene algunos problemas. Cuando los astrofísicos ejecutan simulaciones por computadora de la formación de galaxias, incluida la materia oscura, descubren que si las partículas de materia oscura son demasiado aburridas, entonces no es del todo corresponden a la realidad. Los núcleos de las galaxias se vuelven mucho más densos de lo que observamos, y las galaxias típicas tienen demasiados satélites de los que vemos.

Así que tal vez la materia oscura sea un poco complicada. Tal vez todavía no interactúa con la luz o la materia ordinaria, pero tal vez a veces interactúa consigo mismo. Esta autointeracción no puede ser demasiado fuerte; sin embargo, de lo contrario, la materia oscura se habría agrupado en pequeñas bolitas o simplemente se habría aniquilado hace mucho tiempo.

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Esta suposición de «interactuar pero no mucho» dificulta que los astrónomos encuentren formas de probar el guión. Afortunadamente, los astrónomos son personas muy inteligentes.

Materia Oscura: Juventud y Oscuridad

El universo extremadamente primitivo, cuando solo tenía unos pocos cientos de millones de años, era muy diferente de lo que es hoy. Por un lado, era mucho más denso, con toda la materia del cosmos apiñada en un volumen mucho menor. En segundo lugar, estaba mucho más oscuro porque las estrellas y las galaxias aún no se habían formado.

En aquel entonces, el universo estaba compuesto de materia oscura (fuera lo que fuera) e hidrógeno neutro y helio. Lentamente, a lo largo de las eternidades, todo este material comenzó a colapsar gravitacionalmente, formando estructuras cada vez más grandes. Las primeras protoestrellas comenzaron como cúmulos densos de no más de una milésima parte del tamaño del Sol. En la imagen tradicional de la formación de las primeras estrellas, estos cúmulos se transformaron gradualmente en gigantes cien veces más grandes que el Sol, alimentados por fusión nuclear en sus núcleos.

Las primeras estrellas estaban compuestas únicamente de hidrógeno y helio. Equipo científico de la NASA/WMAP

Pero un equipo de astrofísicos se dio cuenta de que la historia tradicional podría ser diferente, como informan en un nuevo artículo. apareció recientemente en la preimpresión de la revista arXiv. Si la materia oscura interactúa consigo misma, entonces, cuando las partículas de materia oscura chocan, liberan algo de energía. Cada colisión no produce mucho, pero en los primeros días del universo, los sitios de formación de estrellas pueden haber tenido densidades lo suficientemente altas como para que la aniquilación de la materia oscura fuera un factor importante.

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En este escenario, las primeras estrellas no se alimentan de la fusión nuclear sino de la aniquilación de la materia oscura en sus núcleos. El equipo de investigación las llama «estrellas oscuras», a pesar de que las estrellas mismas todavía están compuestas principalmente de materia normal. Estas estrellas no existen en el universo moderno porque las densidades de materia oscura son demasiado bajas, por lo que hoy no podemos verlas en la galaxia.

Pero los investigadores esperan que el telescopio espacial James Webb, especialmente diseñado para estudiar el universo primitivo y la formación de las primeras estrellas, pueda ver estas estrellas oscuras directamente.

Este artículo fue publicado originalmente en Universo hoy por Paul M. Sutter. léelo articulo original aqui.