Producción de materia oscura en cosmologías no estándar

Abstract

RESUMEN: En el marco del actual modelo de la cosmología estándar, una partícula de Materia Oscura producida térmicamente mediante el mecanismo del freeze-out en el universo temprano, debe tener asociada una masa del orden de los 100 GeV y una sección transversal de aniquilación característica de las interacciones débiles, ⟨σv⟩∼10^(-9) GeV^(-2), para poder dar cuenta de la abundancia observada de dicha componente en el universo. Este hecho, que se conoce como el milagro WIMP, ha motivado, durante las últimas décadas, la construcción de múltiples experimentos diseñados para la búsqueda de un candidato con tales propiedades a través de diferentes estrategias de detección. A la fecha, el período más antiguo del universo del que se tiene evidencia experimental es el de la nucleosíntesis del Big Bang. A partir de ese momento y hasta los siguientes 50000 años de la historia cosmológica, se sabe que el universo estuvo dominado por radiación. En el modelo ΛCDM se extrapola este hecho a épocas más tempranas y se asume que el período que va desde final del proceso de recalentamiento hasta el inicio de la nucleosíntesis del Big Bang, presentó una dominación por la misma componente. Si, en contraste a nuestro actual modelo cosmológico, se plantea la posibilidad de un universo dominado por una componente diferente a radiación durante tal intervalo de tiempo, se entra al campo de un tipo muy específico de lo que actualmente se denomina cosmologías no estándar. Dado que una de las principales cualidades de una era de expansión no estándar es su capacidad para modificar la abundancia reliquia de especies de partículas, en el presente trabajo se estudia la producción de Materia Oscura mediante el mecanismo WIMP, en un universo temprano con una dominación por materia asociada a un campo de larga duración ϕ que exhibe una tasa de decaimiento Γ_ϕ dependiente del tiempo. Mediante la parametrización de Γ_ϕ introducida se demostrará que, en comparación al caso de una cosmología no estándar con una tasa de decaimiento constante, es posible concebir escenarios en los que la partícula asociada a la componente de Materia Oscura posea secciones transversales de aniquilación más pequeñas y que, en consecuencia, el modelo estudiado se establece como una alternativa mejor motivada para evadir los límites experimentales impuestos sobre el WIMP.