I.- Antecedentes.pdf
II.- Originalidad	III.- Objetivo	IV.- Metas
V.- Metodologia	VI.- Infraestructura	VII.- Beneficios

 

Participantes	Institucion
Tonatiuh Matos	Cinvestav
F. Siddhartha Guzman Ricardo Becerril Barcenas	IFM-UMSNH
Luis Ureña-Lopez	IFUG
Javier Sanchez Salcedo	IA-UNAM
Luis Cabral Rosetti	CIIDET
Dario Nuñez Zuñiga	ICN-UNAM
Matt Choptuik	UBC

Simulaciones

Los condensados de Bose-Einstein (BEC) fueron vistos por primera vez por Anderson, Matthews, Wiederman y Cornell en 1995 en el laboratorio (ver Science 1995) y desde entonces se han hecho cientos de experimentos y se han escrito miles de artículos sobre ellos. Todas las teorías de unificación existentes proponen campos escalares (bosones) como partículas fundamentales, que son parte medular de las teorías. Este hecho implica que estos campo escalares puedan condensarse y formar objetos astrofísicos, es decir, BEC's en el universo. Si estos condensados se forman, se colapsan por su fuerza gravitacional, forman objetos llamados oscilatones, si son campos escalares reales (la mayoría de las veces) o forman estrellas de bosones si son campos escalares complejos. Los oscilatones son objetos predichos por la teoría general de la relatividad, son soluciones de la teoría de Einstein cuando la fuente de materia es un campo escalar real. Cuando el campo escalar colapsa, este aumenta su densidad en el centro de colapso debido a la fuerza gravitacional de su materia, pero el colapso es detenido debido a la existencia de presiones intrínsecas, características de los campos escalares. Al final se logra un equilibrio muy estable, en donde la fuerza gravitacional favorece al colapso, pero es detenido por las presiones naturales del campo. El estudio de los oscilatones es de gran interés en varias áreas de la física y de la matemática. Son interesantes desde el punto de vista matemático, porque son soluciones estables de las ecuaciones de Einstein que no son singulares ni tienen horizontes. Son soluciones dinámicas, pero hasta ahora solo se han estudiado los oscilatones con simetría esférica. En este proyecto nos proponemos estudiar los oscilatones y la estrellas de bosones (los BEC's) no necesariamente con simetría esférica y en dos y tres dimensiones.

Desde el punto de vista físico los oscilatones son de mucho mayor interés. La razón es simple, desde hace algunos años se sabe que la materia oscura y la energía oscura son los verdaderos componentes del universo. Son los responsables de su formación y evolución. Sin estos dos tipos de materia es prácticamente imposible explicar la formación de estructura del universo y no se pueden explicar las observaciones de las supernovas del tipo Ia. Uno de los candidatos más fuertes para ser la energía oscura es un campo escalar real. Estos campos evolucionan y forman estructura a muy grandes escalas, es decir, pueden formar oscilatones. Por otro lado, un candidato a ser la materia oscura del universo también son campos escalares, pero con otro potencial. Estos son oscilatones del tamaño de un halo de galaxia que pueden ser los responsables de la estructura del universo que observamos. Y finalmente, los inflatones, también son campos escalares reales que probablemente son los responsables de un periodo inflacionario del universo en su etapa temprana. Sin estos inflatones no es posible resolver el problema del horizonte del universo, ni explicar porque no vemos defectos topológicos por todos lados, ni como se formaron las semillas de las fluctuaciones primordiales del universo. Así que, los campos escalares reales son de suma importancia para el esclarecimiento de las nuevas observaciones del universo.

En este proyecto nos proponemos estudiar el colapso gravitacional de los campos escalares, es decir, de los BEC's en el universo. Hasta ahora solo se ha estudiado este fenómeno suponiendo que el colapso tiene simetría esférica. Sin embargo esto impide el estudio de problemas mas complicados, como el colapso de oscilatones con momento angular o el colapso de dos o tres objetos al mismo tiempo, o el choque de estos objetos. Es por eso que un estudio mas completo requiere de quitar la simetría esférica. En el grupo de investigadores involucrados en este análisis se encuentran físicos relativistas, numéricos, teóricos y astrónomos, ya que se pretende estudiar los oscilatones no solo desde el punto de vista teórico, utilizando métodos numéricos y súper computo (computación en paralelo), sino desde el punto de vista observacional, para dar un criterio de la existencia o no existencia de dichos objetos, al menos en estos momentos. La investigación de los oscilatones se inicio desde hace ya algunos años en el Cinvestav, principalmente con mis estudiantes de doctorado, quienes ahora son investigadores de universidades mexicanas. Este proyecto es la continuación de esta investigación que hasta el momento ha tenido mucho éxito. Desde que se inicio esta investigación, mis estudiantes, colaboradores y yo hemos publicado cerca de 40 artículos en revistas internacionales (algunos de estos se pueden ver por ejemplo en la pagina http://www.fis.cinvestav.mx/~tmatos/), mas una docena de publicaciones en memorias de congresos. De esta investigación o temas relacionados con ella se han doctorado ya 6 estudiantes, 4 estudiantes de nuestro grupo han hecho posdoctorados con los grupos líderes del mundo en temas de cosmología y relatividad numérica, siempre financiados a partir del segundo año de estancia por las universidades anfitrionas En este momento 2 estudiantes de doctorado, tres de maestría y varios de licenciatura trabajaran en temas alrededor de este problema. El estudio de los oscilatones fue principalmente inspirado en la materia oscura y es objetivo primordial de este proyecto comparar los resultados de nuestras simulaciones con las observaciones de evolución galáctica y de formación de estructura del universo. Para esto el proyecto cuenta con la colaboración del Dr. Javier Sánchez Salcedo con quien comparto un estudiante de doctorado en el Instituto de Astronomía de la UNAM. Con ellos se llevara a cabo esta parte de la investigación.

En estos momentos aun no es posible asegurar que el paradigma de la materia oscura fría es la última respuesta para explicar la formación de estructura del Universo. Si bien es cierto, la gran mayoría de los investigadores en todo el mundo le apuestan a esta hipótesis. Pero la "realidad" no es democrática. Si fuera por mayoría de votos, aun seguiríamos creyendo en el modelo de Ptolomeo. El paradigma de la materia oscura escalar es una alternativa, que si bien tiene pocos seguidores en el mundo, (seguramente porque la propusieron mexicanos) es viable, hasta ahora libre de contradicciones y ajusta bien los datos experimentales. Es por eso que es válida y por tanto es un paradigma que vale le pena investigar.