Un tipo de materia oscura compuesta por partículas escalares que interactúan débilmente con la gravedad y otras fuerzas.La materia oscura escalar es una clase de candidatos a materia oscura que consiste en partículas de espín cero que interactúan principalmente a través de la gravedad y posiblemente fuerzas adicionales débiles. A diferencia de los WIMPs (partículas masivas de interacción débil), la materia oscura escalar puede ser extremadamente ligera, con masas de hasta 10^-22 eV, formando un estado coherente similar a una onda conocido como condensado de Bose-Einstein. Esta forma ultraligera, a menudo llamada materia oscura difusa, suprime la formación de estructuras a pequeña escala y podría resolver las discrepancias entre las simulaciones de materia oscura fría y las observaciones de galaxias enanas.
La idea de los campos escalares como materia oscura surgió en la década de 1990, siendo el axión, una partícula pseudoescalar, el ejemplo más estudiado. El escenario de materia oscura escalar ultraligera fue popularizado en la década de 2000 por Wayne Hu, Rennan Barkana y Andrei Gruzinov.
Las partículas escalares obedecen la ecuación de Klein-Gordon, y cuando su longitud de onda de De Broglie es comparable a las escalas galácticas, se comportan como un fluido cuántico en lugar de partículas discretas. Este fluido ejerce una presión cuántica que impide el colapso por debajo de cierta escala, suavizando las cúspides de densidad en los centros de las galaxias. Las partículas también pueden formar núcleos solitónicos, masas estables y oscilantes de materia oscura, que imitan las curvas de rotación planas observadas en galaxias enanas.
Los conjuntos de púlsares y los interferómetros atómicos se están utilizando para buscar las firmas gravitacionales oscilantes de la materia oscura escalar ultraligera, mientras que la superradiancia de agujeros negros puede extraer energía de agujeros negros en rotación para crear nubes escalares.
La materia oscura escalar puede formar 'bombas de agujero negro': si un agujero negro en rotación está rodeado por una nube escalar, la nube puede extraer energía rotacional y crecer exponencialmente, produciendo potencialmente ondas gravitacionales detectables por LIGO.
| lambda_FS | variable | free streaming length — free streaming length metre |
| m_hm | variable | half-mode mass of dark matter — half mode mass kilogram |
| propto | operador | is proportional to — proporcionalidad |
| S | variable | Action of the theory — acción joule second |
| g | variable | Determinant of the spacetime metric tensor — metric determinant |
| φ | variable | Scalar field non-minimally coupled to gravity — campo escalar |
| R | variable | Ricci scalar curvature — ricci scalar per metre squared |
| ∂φ | variable | Gradient of the scalar field — field gradient per metre |
| ∫ d⁴x | operador | Integration over four-dimensional spacetime — four dimensional integral |
| √(-g) | operador | Volume element factor for curved spacetime — sqrt negative metric determinant |
| (∂φ)² | operador | Kinetic term of the scalar field, contraction of its gradient with itself — kinetic term |
| r | variable | tensor-to-scalar ratio — dimensionless ratio |
| P_t | variable | power spectrum of tensor perturbations — espectro de potencia |
| P_s | variable | power spectrum of scalar perturbations — espectro de potencia |
| h | variable | scale height — longitud metre |
| T | variable | temperature — temperatura kelvin |
| m | variable | mass of particle — masa kilogram |
| g | variable | gravitational acceleration — aceleración gravitacional metre per second squared |
| k | constante | relates energy to temperature — constante de Boltzmann = 1.380649e-23 joule per kelvin |
