Partículas hipotéticas de materia oscura con masa extremadamente baja, como los axiones.La materia oscura ultraligera se refiere a partículas hipotéticas con masas mucho menores que la del electrón, a menudo alrededor de 10^-22 eV, como los axiones. A diferencia de los candidatos a materia oscura pesada como los WIMPs, estas partículas se comportan más como ondas que como partículas debido a su enorme longitud de onda de De Broglie, que puede ser tan grande como una galaxia. Este comportamiento ondulatorio podría dejar huellas distintivas en las estructuras cósmicas, como suprimir la aglomeración a pequeña escala o crear núcleos solitónicos en los halos de materia oscura.
El axión fue propuesto por primera vez en 1977 por Roberto Peccei y Helen Quinn para resolver el problema de la violación de CP en la cromodinámica cuántica, y más tarde se reconoció como candidato a materia oscura. La idea de la materia oscura como campo escalar ultraligero ganó fuerza en los años 2000 con modelos como la materia oscura difusa.
Debido a su diminuta masa, las partículas de materia oscura ultraligera se producen en cantidades enormes y forman un estado cuántico coherente, como un condensado de Bose-Einstein. Su interferencia ondulatoria puede crear patrones de fluctuaciones de densidad, y pueden formar configuraciones estables y oscilantes llamadas solitones. Las estrategias de detección a menudo se basan en su acoplamiento con fotones u otras partículas, utilizando cavidades resonantes o magnetómetros atómicos para captar señales débiles de la conversión axión-fotón.
Las búsquedas de materia oscura ultraligera impulsan el desarrollo de detectores ultrasensibles, como el Experimento de Materia Oscura de Axiones (ADMX), que utiliza una cavidad de microondas sintonizable para detectar señales de axiones.
Si la materia oscura está compuesta de partículas ultraligeras, una sola 'partícula' podría tener una longitud de onda que abarque miles de kilómetros, comportándose más como una onda que como un proyectil.
| v_min | variable | Minimum dark matter speed — velocidad metre per second |
| m_N | variable | Mass of the target nucleus — masa kilogram |
| E_R | variable | Recoil energy of the nucleus — energía joule |
| μ | variable | Reduced mass of the dark matter-nucleus system — reduced mass kilogram |
| δ | variable | Mass splitting between dark matter states (energy gap) — energía joule |
| m_crit | variable | critical dark matter mass — masa kilogram |
| k_B | variable | Boltzmann constant — constante de Boltzmann joule per kelvin |
| T | variable | temperature — temperatura kelvin |
| v | variable | velocity — velocidad metre per second |
| \lambda_{\mathrm{Edd | variable | Eddington luminosity ratio — eddington luminosity ratio |
| L_{\mathrm{bol}} | variable | Bolometric luminosity — luminosidad watt |
| L_{\mathrm{Edd}} | variable | Eddington luminosity — luminosidad watt |
