On the nature of Dark Matter: phenomenological and cosmological probes

Abstract

La evidencia gravitatoria de la materia oscura es incuestionable. Sin embargo, la naturaleza de la materia oscura representa uno de los mayores enigmas de la Física moderna. Gracias a las precisas observaciones del fondo cósmico de microondas realizadas por los satélites WMAP y Planck sabemos que un ~26% del contenido energético del universo y que un ~84% de toda la materia corresponde a un tipo de materia que solo interactúa gravitatoriamente. Además, multitud de estudios demuestran que las galaxias, cúmulos de galaxias, así como de la mayoría de objetos virializados en el universo están dominados por una materia que no emite luz, la materia oscura. La indiscutible evidencia gravitatoria de la materia oscura, sin embargo, contrasta con la falta de señales en la multitud de experimentos diseñados para estudiar sus propiedades no gravitatorias.

En esta tesis, desde una perspectiva fenomenológica, se han investigado las implicaciones cosmológicas, en experimentos terrestres y en satélites espaciales de la materia oscura. Haciendo uso de una combinación de observaciones cosmológicas, tales como las anisotropías angulares del fondo cósmico de microondas, la distribución de las galaxias en las grandes estructuras del universo, así como del número de galaxias satélite de la Vía Láctea hemos acotado diversas propiedades de la materia oscura. En concreto, hemos contrastado la posibilidad de que la materia oscura interactúe con los neutrinos y la posibilidad de que la materia oscura está formada por partículas frías y calientes con los datos cosmológicos más recientes, obteniendo así cotas a la interacción de la materia oscura con los neutrinos y a la fracción de la materia oscura que puede ser caliente en función de la masa de esta respectivamente. Desde la perspectiva fenomenológica, nos hemos centrado en la posible relación de la materia oscura con los neutrinos estériles y en modelos tipo WIMP (partícula masiva débilmente interactiva) genéricos. R ...