Hay algunas partes en esta pregunta, así que vamos a abordarlas una por una. Pero antes de hacer eso, debo enfatizar que en esta etapa, el comportamiento no gravitacional de la materia oscura (DM) aún no está claro, pero tenemos muy buenas ideas.
¿Cómo se produce DM?
Esta es probablemente la más especulativa de todas sus preguntas, y no creo que en esta etapa sea diferente de la cuestión de cómo se produce la materia. Nuestra mejor suposición es que la materia regular y la DM se producen por la descomposición de lo que se llama el inflatón , que es la partícula responsable de la inflación , un período de expansión muy rápida en el universo temprano. Este proceso se conoce como recalentamiento . Hay un montón de trabajo por ahí y no soy un experto, pero tal vez esta respuesta te deja insatisfecho, porque en primer lugar no aborda la pregunta de dónde vino este inflaton, a lo que digo que simplemente No puedo estar seguro en este momento.
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¿La materia se transforma en DM en algún momento y de regreso en otro?
Genéricamente, esperamos que la DM y la materia interactúen, por lo que sí, deberían transformarse entre sí de alguna manera y a cierto ritmo (aunque hay escenarios de pesadilla en los que la DM no interactúa con la materia, por lo que nunca podríamos descubrirlos, pero realmente no hay razón para que esto sea una suposición natural).
¿La cantidad de materia oscura en el universo se ha mantenido sin cambios desde el Big Bang?
La respuesta aquí definitivamente no es. Primero, la densidad de toda la materia, no solo la DM, disminuye a medida que el universo se expande solo por la expansión sola. En segundo lugar, el universo se ha enfriado mucho desde el Big Bang debido a esta expansión, y a medida que el universo se enfría, si hay procesos que pueden convertir partículas de materia relativamente ligera en partículas pesadas de DM, este proceso se vuelve cada vez más difícil. Esto es cualitativamente fácil de entender, ya que las partículas de materia liviana necesitan una gran cantidad de energía cinética para formar las partículas de MS más pesadas, pero a medida que baja la temperatura, las partículas de materia luminosa altamente energéticas se vuelven más raras. Sin embargo, tenga en cuenta que las partículas pesadas de DM nunca tienen problemas para convertirse en materia, ya que se están convirtiendo en estados más ligeros y no requieren energía adicional para realizar la transición. Finalmente, en algún momento durante la expansión del universo, la densidad de la materia oscura puede ser tan escasa que las posibilidades de que interactúen entre sí se vuelven efectivamente cero (esto se conoce en la literatura como congelamiento) .
La interacción de estos efectos es muy interesante, y muchas personas, incluido yo mismo, hemos estudiado este problema. Dado que conocemos muy bien la densidad actual de DM (gracias a brillantes mediciones astrofísicas y cosmológicas), comprender cómo cambia la densidad de DM con el tiempo establece restricciones en las propiedades de DM, ya que todo lo que obtienes debe ser coherente con lo que sabemos de actualidad DM [1].
[1] De hecho, debe ser coherente con todo lo que sabemos sobre la historia cosmológica del universo, que se remonta al menos 4 minutos después del Big Bang.
