La idea es simple. Por un lado tenemos un montón de teorías que tratan de unificar todas las fuerzas, como las teorías multidimensionales (Kaluza-Klein), las teorías de Supercuerdas, los modelos de Branas, etc. Todas ellas (todas!) tienen algo en común: Todas ellas tienen campos escalares (SF) y no saben que hacer con ellos. ¡En todos lados aparecen! Incluso en el modelo estándar de Weimberg-Salam están presentes, los llaman Higgs y nadie los ha visto. Es mas, para resolver los problemas principales de la cosmología, fue necesario introducir estos SF, los llaman inflatones y ahora, con las nuevas observaciones del universo, es posible que un SF sea el que provoca la expansión acelerada del universo, lo llaman Quintessence. No cabe duda que estos campitos son muy populares, pero nadie los ha visto.

Por otro lado, existe ya una evidencia tangible de un tipo de materia, llamada la materia obscura (DM), que nadie sabe que es, pero es la causante de la formación de estructura, como las galaxias, los cúmulos de galaxias, etc. Claro, ya adivinaron, la idea es identificar estos SF con la DM. Que fácil ¿verdad? Pues si, y la idea es aprender de ambos lados, de las teorías de unificación (arriba) y de la cosmología (aquí abajo).

Sabemos que el modelo de Lambda Cold Dark Matter (LCDM o materia oscura fría) es muy exitoso en el ámbito cosmológico. Aunque tiene algunos problemas en el ámbito galáctico. Por ejemplo, predice que los centros de las galaxias son muy densos, mucho más de lo se observa y predice demasiadas galaxias enanas satélites. Este último problema puede tener una solución, diciendo simplemente que los halos de estas galaxias se formaron, pero no captaron materia luminosa, por eso no las vemos. Sin embargo, el problema de los centros demasiado densos en las galaxias es más difícil de explicar. Por eso vale la pena buscar algún candidato para DM alternativo. Nosotros pusimos como hipótesis a los SF.

Vamos a estudiar esta hipótesis, es el modelo de Materia Oscura Escalar (SFDM). Pero, ¿y como debe ser este campo? Vamos a tomar experiencia de LCDM, que es tan exitoso. Por ejemplo, sabemos que el origen del universo, el potencial del SF debería ser exponencial, para que ajuste con las observaciones de núcleo-síntesis primordial. Pero para formar galaxias, este campo tiene que tener un mínimo, para que se comporte como materia oscura. Un potencial con forma exponencial y luego con un mínimo, es el cosh. Que bueno, porque las teorías de branas y cuerdas contienen muchos términos potenciales con sumas de exponenciales, como el cosh. Es por eso que al menos en la teoría de branas, este SF puede ser el inflaton y la DM al mismo tiempo, aquí lo demostramos.

La idea de que la materia obscura sea de origen escalar es muy loca, pero puede funcionar. Lo primero que hicimos fue probar si era posible que los halos de las galaxias fuera de campo escalar. Esto lo hicimos en éste trabajo. Lo mejoramos en éste y en éste. Como sí fue posible, lo siguiente fue ver si el campo escalar podría ser la materia obscura en el cosmos. Esto lo vimos en éste y éste trabajo. Sí resultó, pues el campo escalar con un potencial que contenga un mínimo, como el cosh, se comporta como materia obscura (DM), igualito que en LCDM. La prueba de fuego fue analizar como se colapsa un objeto hecho de SF. Resolvimos las ecuaciones de Einstein numéricamente y encontramos que el campo escalar se colapsa formando objetos muy estables llamados oscilatones.

En éste articulo demostramos que el cosh se deriva naturalmente de una teoría de supercuerdas. Por lo tanto es una teoría que podría explicar desde el origen del universo hasta la formación de galaxias y de planetas como el nuestro, sería el primero modelo que lograra todo esto al mismo tiempo.

Así se ve la formación de galaxias segun el modelo SFDM (para los detalles técnicos, vean aquí)