Los físicos creen que la mayor parte de la materia del universo es materia oscura, compuesta por partículas invisibles. Algunos expertos ahora consideran que la materia oscura podría estar compuesta por varias clases de partículas exóticas en lugar de un solo tipo, y que estas partículas podrían interactuar entre sí y formar "átomos oscuros" y estructuras similares a las galaxias. Varios experimentos intentan probar estas posibilidades sobre la naturaleza compleja de la materia oscura.

1. M A T E R I A O S C U R A C O M P L E J
AK a r e n S o f í a M a r í n S e g u r a 4 º K
TODA LA MATERIA DEL
UNIVERSO

2. Los físicos creen que en el universo hay mucho más materia que la
que podemos ver. Hasta ahora, la mayor parte de los modelos sobre
esta materia oscura han supuesto la existencia de un solo tipo de
partícula invisible.
Algunos expertos han comenzado a considerar la posibilidad de que la
materia oscura responda a una composición más exótica. El sector
oscuro podría incluir varias clases de partículas, así como
interacciones propias.
Una materia oscura compleja podría formar “átomos oscuros” e incluso
agruparse para dar lugar a discos similares al de la parte visible de las
galaxias. Varios experimentos y observaciones intentan poner a
pruebas estas posibilidades.
E N S I N T E S I S

3. Al igual que la mayoría de las galaxias espirales, gira más rápido de
lo que cabría esperar si la materia visible fuese la única causante de
la atracción gravitatoria. Para explicar esta y otras discrepancias, los
físicos han postulado la existencia de materia oscura, una sustancia
invisible que abundaría en el universo.
L A G A L A X I A D E A N D R O M E D A .

4. El contenido total de masa y energía
del universo se debe a la materia
(tanto bariónica como oscura) y a la
energía oscura. Esta última es la
responsable de la expansión
acelerada del universo.
Energía oscura
Materia bariónica
Materia no bariónica
A demás de la materia ordinaria o “bariónica”, se
cree que en el cosmos debe haber una gran
cantidad de materia invisible que explique la
rápida velocidad de rotación de las galaxias y la
cohesión de los cúmulos galácticos. Aunque
hasta ahora no existen indicios directos sobre su
naturaleza, los físicos suponen que la
materia oscura se compone
de partículas inmunes al
electromagnetismo (razón por la
que serían invisibles) y a la
interacción nuclear fuerte.
Sin embargo, otros detalles siguen
siendo un misterio.
T O D A L A M A T E R I A D E L
U N I V E R S O

5. SIN INTERACCIONES
MUTUAS
Ejemplo: WIMP
DOS COMPONENTES
CON INTERACCIONES
MUTUAS
Ejemplo: Átomos oscuros
FRÍA
Partículas dotadas de mayor masa, por lo que se
moverían más despacio.
CALIENTE
Partículas sin masa o
muy ligeras que se
mueven a la velocidad
de la luz o a
velocidades muy
próxima a la de la luz.
Ejemplo: Neutrinos
exóticos.
CALIENTE
Neutrinos
cósmicos
BARIÓNICA
Materia compuesta
principalmente por bariones
(protones y neutrones).
Incluye todos los átomos.
MATERIA
OBSERVADA
Una fracción de la
materia ordinaria no es
bariónica; corresponde
a los neutrinos,
partículas de masa
ínfima que se
desplazan a
velocidades próximas a
la de la luz. Se conoces
tres especies de
neutrinos, aunque
podría haber otras
variedad exóticas.
CALIENTE
Si la mayor parte de la materia oscura estuviese constituida por partículas
muy veloces, jamás habría llegado a agruparse lo suficiente para formar
nubes esféricas alrededor de las galaxias.
FRÍA
Las partículas de materia oscura con velocidades bajas explican mejor la
existencia de las galaxias y la distribución de materia a gran escala en el
universo.
Principales candidatos a materia oscura.
SIN INTERACCIONES MUTUAS
La hipótesis más simpe postula que la materia oscura
fría estaría formada por un solo tipo de partícula,
denominada WIMP.
CON INTERACCIONES MUTUAS
Si la materia oscura interaccionase consiga misma,
habría de hacerlo a través de alguna “fuerza oscura”
que no surtiese efecto sobre la materia birónica.
DOS COMPONENTES
La materia oscura fría podría constar de varias clases
de partículas. Algunas de ellas apenas
interaccionarían entre sí (como las WIMP), mientras
que otras experimentarían sus propias fuerzas.

6. WIMP
Galaxia de materia bariónica
Halo esférico compuesto por WIMP
SIN INTERACCIONES MUTUAS
Las WIMP solo interaccionarían muy
esporádicamente entre sí y con la materia
ordinaria. Dichas partículas se agruparían
formando nubes esféricas cuya atracción
gravitatoria sobre la materia normal
desencadenaría la formación de galaxias.
Galaxia de materia bariónica
Disco de materia
oscura
Halo esférico compuesto por WIMP
DOS COMPONENTES
Las primeras formarían grandes nubes
esféricas alrededor de las galaxias: las
segundas podrían dar lugar a discos
compactos de materia oscura

7. Par de partículas
pesadas
+ - + -
Par de partículas ligeras
+
- + +
Átomo oscuro
CON INTERACCIONES MUTUAS
Dicha interacción podría ser
análoga al electromagnetismo, lo
que implicaría la existencia de
partículas con carga oscura
positiva y negativa, las cuales
intercambiarían fotones oscuros.
Los modelos dejan margen para la
existencia de varias clases de
partículas oscuras, unas ligeras y
otras pesadas, que podrían formar
agregados análogos a los átomos
ordinarios. A su vez, ello permitiría
la formación de grandes
estructuras cósmicas similares al
disco de las galaxias espirales.