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Estudio de universidades de Estados Unidos y de Francia propone que la materia oscura puede haber sido formada en estado ultrarelativístico poco después del Big Bang, durante el recalentamiento post-inflacionario, sin impedir la formación de galaxias, contradiciendo modelos aceptados hace más de cuatro décadas en la cosmología moderna.
Un estudio de las universidades de Minnesota Twin Cities y Paris-Saclay sugiere que la materia oscura puede haber nacido extremadamente caliente, casi a la velocidad de la luz, durante el recalentamiento post-inflacionario, desafiando décadas de modelos cosmológicos basados en la idea de materia oscura fría.
Revisión de una hipótesis central sobre la materia oscura
La materia oscura, componente invisible responsable de moldear la estructura del Universo, es tradicionalmente descrita como fría y de movimiento lento desde su formación. Esta visión sustentó modelos cosmológicos durante décadas e influyó en la comprensión sobre el origen de las galaxias.
Investigadores de las universidades de Minnesota Twin Cities y Paris-Saclay cuestionaron esta premisa al analizar la formación de la materia oscura en un periodo inicial específico del cosmos. El trabajo fue publicado en Physical Review Letters, revista de la Sociedad Americana de Física.
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Los autores proponen que la materia oscura puede haberse formado en un estado ultrarelativístico, extremadamente caliente, sin impedir la formación posterior de estructuras cósmicas a gran escala.
Por qué la materia oscura era considerada fría
Durante muchos años, se creyó que la materia oscura necesitaba ser fría en el momento en que se desacopló de la radiación del Universo joven.
Este proceso es conocido como congelamiento y ocurre cuando las partículas dejan de interactuar intensamente con otras formas de energía.
La hipótesis se basaba en el argumento de que partículas demasiado rápidas suavizarían las fluctuaciones de densidad, impidiendo la aparición de galaxias. Este entendimiento orientó el rechazo de candidatos considerados calientes para la materia oscura.
Para probar esta idea, el nuevo estudio analizó el comportamiento de la materia oscura durante el recalentamiento post-inflacionario, fase que sucedió a la inflación cósmica y marcó la rápida creación de energía y partículas en el Universo primitivo.
Lecciones de los neutrinos y de las teorías iniciales
Keith Olive, profesor de la Escuela de Física y Astronomía, recuerda que neutrinos de baja masa fueron descartados como candidatos a la materia oscura hace más de 40 años. Según él, partículas de este tipo destruirían estructuras galácticas en lugar de favorecer su formación.
Los neutrinos se convirtieron en el principal ejemplo de lo que se llamó materia oscura caliente, reforzando la dependencia de la cosmología en modelos de materia oscura fría. Esta distinción moldeó teorías y experimentos a lo largo de décadas.
El nuevo trabajo, sin embargo, muestra que partículas producidas en condiciones específicas pueden enfriarse con el tiempo. Si se generan durante el recalentamiento, tendrían suficiente espacio para perder energía a medida que el Universo se expandía.
Cómo la materia oscura caliente puede volverse funcional
El estudio indica que la materia oscura puede separarse de otras formas de materia aún en estado ultrarelativístico. Aun así, este material lograría enfriarse antes del inicio de la formación de las galaxias.
Según los autores, el factor decisivo es el momento de producción de estas partículas. El recalentamiento post-inflacionario proporciona una ventana temporal amplia para que la materia oscura reduzca su energía cinética gradualmente.
Stephen Henrich, autor principal del artículo, afirma que la suposición de que la materia oscura necesita nacer fría dominó la investigación durante cerca de cuatro décadas. Los resultados muestran que esta exigencia no es obligatoria para la formación de estructuras cósmicas.
Implicaciones y próximos pasos de la investigación
El equipo pretende avanzar en la identificación de formas de detectar este tipo de materia oscura. Las estrategias incluyen experimentos directos con aceleradores de partículas y métodos indirectos basados en observaciones cosmológicas.
Yann Mambrini, profesor de la Universidad Paris-Saclay y coautor del estudio, destaca que las nuevas conclusiones permiten investigar un periodo de la historia del Universo muy cercano al Big Bang, ampliando el alcance de la cosmología experimental.
La investigación fue financiada por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, en el marco de la beca Marie Sklodowska-Curie. El artículo de referencia, titulado “Ultrarelativistic Freeze-Out: A Bridge from WIMPs to FIMPs”, fue publicado el 24 de noviembre de 2025, con DOI 10.1103/zk9k-nbpj, consolidando una nueva línea de investigación sobre el origen de la materia oscura y del Universo primitivo.
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