Materia oscura que interactúa consigo misma

Forma hipotética de materia oscura que consiste en partículas con fuertes autointeracciones

En astrofísica y física de partículas , la materia oscura autointeractuante ( SIDM ) es una clase alternativa de partículas de materia oscura que tienen interacciones fuertes, en contraste con el modelo estándar de materia oscura fría (CDM). SIDM se postuló en 2000 ^[1] como una solución al problema núcleo-cúspide ^{[2] [3] [4]} . En los modelos más simples de autointeracciones de DM, un potencial de tipo Yukawa y un portador de fuerza φ median entre dos partículas de materia oscura. ^[5] En escalas galácticas, la autointeracción de DM conduce al intercambio de energía y momento entre partículas de DM. En escalas de tiempo cosmológicas, esto da como resultado núcleos isotérmicos en la región central de los halos de materia oscura.

Si la materia oscura autointeractuante está en equilibrio hidrostático , su presión y densidad son las siguientes:

${\displaystyle \nabla P_{\chi }/\rho _{\chi }=\nabla \Phi _{\rm {tot}}=\nabla (\Phi _{\chi }+\Phi _{b})}$

donde y son el potencial gravitatorio de la materia oscura y de un barión respectivamente. La ecuación correlaciona naturalmente la distribución de la materia oscura con la de la materia bariónica. Con esta correlación, la materia oscura autointeractuante puede explicar fenómenos como la relación de Tully-Fisher . ${\displaystyle \Phi _{\chi }}$ ${\displaystyle \Phi _{b}}$

La materia oscura autointeractuante también se ha postulado como una explicación para la señal de modulación anual DAMA . ^{[6] [7] [8]} Además, se ha demostrado que puede servir como semilla de agujeros negros supermasivos a alto corrimiento al rojo. ^[9] La SIDM puede haberse originado en un llamado " Big Bang oscuro ". ^[10]

En julio de 2024, un estudio propuso que SIDM resuelve el "problema del parsec final" , ^{[11] [12]} dos meses después, otro estudio propuso lo mismo con materia oscura fría difusa . ^{[13] [14]}

Véase también

• MACS J0025.4-1222 , observaciones astronómicas que restringen la autointeracción de la DM
• ESO 146-5 , el núcleo de Abell 3827 que se consideró la primera evidencia de SIDM
• Partícula masiva de fuerte interacción (SIMP), propuesta para explicar los datos de rayos cósmicos
• Modelo Lambda-CDM

Referencias

1. Spergel, David N.; Steinhardt, Paul J. (abril de 2000). "Evidencia observacional de materia oscura fría autointeractuante". Physical Review Letters . 84 (17): 3760–3763. arXiv : astro-ph/9909386 . Código Bibliográfico :2000PhRvL..84.3760S. doi :10.1103/PhysRevLett.84.3760. ISSN  0031-9007. PMID  11019199. S2CID  6669358.
2. Moore, Ben (agosto de 1994). "Evidencia contra la materia oscura sin disipación a partir de observaciones de halos de galaxias". Nature . 370 (6491): 629–631. Bibcode :1994Natur.370..629M. doi :10.1038/370629a0. ISSN  0028-0836. S2CID  4325561.
3. Oh, Se-Heon; de Blok, WJG; Walter, Fabian; Brinks, Elias; Kennicutt, Robert C. (diciembre de 2008). "Perfiles de densidad de materia oscura de alta resolución de galaxias enanas THINGS: corrección de movimientos no circulares". The Astronomical Journal . 136 (6): 2761–2781. arXiv : 0810.2119 . Bibcode :2008AJ....136.2761O. doi : 10.1088/0004-6256/136/6/2761 . ISSN  0004-6256.
4. Oh, Se-Heon; Hunter, Deidre A.; Brinks, Elias; Elmegreen, Bruce G.; Schruba, Andreas; Walter, Fabian; Rupen, Michael P.; Young, Lisa M.; Simpson, Caroline E.; Johnson, Megan C.; Herrmann, Kimberly A. (junio de 2015). "Modelos de masa de alta resolución de galaxias enanas a partir de LITTLE THINGS". The Astronomical Journal . 149 (6): 180. arXiv : 1502.01281 . Código Bibliográfico :2015AJ....149..180O. doi : 10.1088/0004-6256/149/6/180 . ISSN  0004-6256.
5. Loeb, Abraham; Weiner, Neal (abril de 2011). "Núcleos en galaxias enanas a partir de materia oscura con un potencial de Yukawa". Physical Review Letters . 106 (17): 171302. arXiv : 1011.6374 . Código Bibliográfico :2011PhRvL.106q1302L. doi : 10.1103/PhysRevLett.106.171302 . ISSN  0031-9007. PMID  21635025.
6. Mitra, Saibal (15 de junio de 2005). "¿Ha detectado DAMA materia oscura autointeractuante?". Physical Review D . 71 (12): 121302. arXiv : astro-ph/0409121 . Bibcode :2005PhRvD..71l1302M. doi :10.1103/PhysRevD.71.121302. S2CID  31554326.
7. Moskowitz, Clara (20 de abril de 2015). "La materia oscura puede sentir una "fuerza oscura" que el resto del universo no siente". Scientific American .
8. Richard Massey; et al. (junio de 2015). "El comportamiento de la materia oscura asociada con cuatro brillantes galaxias del cúmulo en el núcleo de 10 kpc de Abell 3827". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 449 (4P): 3393–3406. arXiv : 1504.03388 . Bibcode :2015MNRAS.449.3393M. doi : 10.1093/mnras/stv467 .Comentario Los posibles primeros signos de materia oscura autointeractuante
9. Feng, W.-X.; Yu, H.-B.; Zhong, Y.-M. (2021). "Sembrando agujeros negros supermasivos con materia oscura autointeractuante: un escenario unificado con bariones". The Astrophysical Journal Letters . 914 (2): L26. arXiv : 2010.15132 . Código Bibliográfico :2021ApJ...914L..26F. doi : 10.3847/2041-8213/ac04b0 ."Cómo se origina un agujero negro supermasivo: un estudio apunta a un agujero negro semilla producido por el colapso de un halo de materia oscura". ScienceDaily , 16 de junio de 2021.
10. "Bailando en la oscuridad" . The Economist . 9 de marzo de 2024.
11. Alonso-Álvarez, Gonzalo; Cline, James M.; Dewar, Caitlyn (9 de julio de 2024). "La materia oscura autointeractuante resuelve el problema final del pársec de las fusiones de agujeros negros supermasivos". Physical Review Letters . 133 (2). arXiv : 2401.14450 . doi :10.1103/PhysRevLett.133.021401. ISSN  0031-9007.
12. Jonathan Gilbert (19 de agosto de 2024). "El 'problema del parsec final' que hace que los agujeros negros supermasivos sean imposibles de explicar podría finalmente tener una solución". livescience.com . Consultado el 20 de agosto de 2024 .
13. Koo, Hyeonmo; Bak, Dongsu; Park, Inkyu; Hong, Sungwook E.; Lee, Jae-Weon (septiembre de 2024). "Problema de parsec final de fusiones de agujeros negros y materia oscura ultraligera". Physics Letters B. 856 : 138908. arXiv : 2311.03412 . doi :10.1016/j.physletb.2024.138908.
14. O'Callaghan, Jonathan (23 de octubre de 2024). "¿Cómo superan el pársec final los agujeros negros supermasivos fusionados?". Quanta Magazine . Consultado el 24 de octubre de 2024 .

Lectura adicional

• Bertone, Gianfranco (2010). Materia oscura en partículas: observaciones, modelos y búsquedas . Cambridge University Press . p. 762. Bibcode :2010pdmo.book.....B. ISBN 978-0-521-76368-4.
• Musser, George (mayo de 2000). "¿Qué pasa?". Scientific American . 282 (5): 24. Bibcode :2000SciAm.282e..24M. doi :10.1038/scientificamerican0500-24.
• Lawrence, Krauss (2000). Quintessence: La búsqueda de la masa perdida en el universo . Basic Books . pág. 384. ISBN. 978-0465037414.