¿Qué es la materia oscura; cuál es su función en el universo; qué la produce? Esto es lo que sabemos sobre “la gran masa” que mantiene unidas a las galaxias.
Los científicos descubrieron algo muy intrigante hace ya medio siglo: no tenemos ni idea de qué está hecha la mayor parte del universo. A partir de los movimientos de las galaxias y de los cúmulos galácticos podía deducirse que ahí arriba existía “una gran masa” que, por alguna razón, no se lograba ver.
Desde entonces los astrónomos averiguaron que esta masa, de hecho, es mucho más importante que la que existe en forma de gas, estrellas y planetas. Es más, esta “gran masa” parece funcionar como pegamento que mantiene unidas las estructuras en el universo observable y se calcula que constituye el 85% de la masa del cosmos. Pero ni los telescopios ni los sensores repartidos por todo nuestro mundo han podido localizarla. Al ser tan indetectable se le conoce como “materia oscura”.
Por qué no la sentimosLos estudios llevados a cabo hasta la fecha sugieren que dicha masa oculta no forma átomos y apenas interactúa con la materia convencional; por esta razón, millones de partículas de la misma atraviesan nuestro cuerpo cada segundo sin que notemos nada. Y como tampoco interactúa con la luz, nos resulta invisible e imperceptible por completo.
Todas estas características significan que la materia oscura es muy difícil de detectar. Por eso es que algunos expertos incluso han puesto en duda su existencia.
Materia oscura, definición a través del tiempo
En un primer momento, la expresión “materia oscura” se usaba para designar un conjunto de planetas, estrellas y nubes de polvo muy poco brillantes e imposibles de atisbar desde la Tierra.
En 1933, el astrofísico Fritz Zwicky (1898-1974) empleó este concepto para tratar de explicar por qué las mil galaxias que integran el cúmulo de Coma, a 321 millones de años luz de distancia, permanecen unidas, a pesar de la gran velocidad a la que giran. Zwicky propuso que algún tipo de Dunkle Materie -materia oscura- debía constituir la mayor parte de la masa de las galaxias, pero su hipótesis no tuvo mucha aceptación.
A finales de los años 60, los astrónomos Kent Ford y Vera Rubin midieron con precisión la velocidad de rotación del disco de Andrómeda, la galaxia más cercana a la Vía Láctea. Para su sorpresa, descubrieron que sus regiones externas se movían casi a la misma velocidad que las internas, cuando la ley de gravitación de Newton predecía que debían girar más despacio a medida que aumentaba la distancia respecto al centro, tal y como ocurre con los planetas de nuestro sistema solar que están más alejados del Sol.
Intrigados, Rubin y Ford repitieron estas observaciones en otras galaxias, y encontraron lo mismo. Por último, concluyeron que estas galaxias se encuentran rodeadas por un halo de masa invisible, varias veces más extenso que ellas mismas, lo que explicaría que alcancen tales velocidades en esas zonas.
¿Existe la materia oscura?
Otros dos fenómenos que apoyaban la existencia de la materia oscura son:
1. El llamado Efecto de lente gravitacional que, en esencia, consiste en que “una gran masa” desvía la trayectoria de los rayos de luz.
2. La radiación de fondo de microondas, que es un tipo de radiación electromagnética que inunda el cosmos y que constituye una reliquia de sus etapas tempranas.
“Esta materia oscura no sólo influye en la rotación de las galaxias, sino que -además- es un acelerador de estructuras cosmológicas”, explica Ignacio Trujillo, del Instituto de Astrofísica de Canarias, España, “Se trata de una masa extra que dicta el ritmo de crecimiento de las galaxias. Sin la materia oscura, las galaxias habrían tardado más en desarrollarse y no serían tan grandes”, finaliza.
En otras palabras, sin materia oscura, el universo no tendría el aspecto que hoy percibimos.
De dónde viene la materia y cómo nació
Las simulaciones de la evolución del cosmos han llevado a considerar la existencia de tres tipos de materia:
- Fría.
- Tibia.
- Caliente.
Cada una estaría integrada por partículas que viajan a distinta velocidad durante la infancia del universo: en las más cálidas, aquella sería mayor; en las más frías, menor. De acuerdo con estas recreaciones, la materia oscura fría es la que resulta más verosímil, porque su presencia pudo permitir que se formaran las grandes estructuras cuando el cosmos era joven. Sin embargo, hay discrepancias y detalles que no encajan, tal como reconoce Trujillo.
Eso y la naturaleza fantasmal de la materia oscura suponen un auténtico rompecabezas para los expertos: ¿de verdad está ahí? La mayoría de los astrónomos creen que sí, pero dudan de su auténtica naturaleza y llevan años tratando de averiguar de qué podría estar hecha.
“La materia oscura muestra que nos falta una pieza clave del rompecabezas. Puede que sea porque no hemos montado bien el resto de las piezas”, apunta María Luisa Sarsa, catedrática en la Universidad de Zaragoza e investigadora senior de ANAIS, un experimento que busca esta peculiar sustancia en el Laboratorio Subterráneo de Canfranc, bajo la montaña El Tobazo, al noreste de España.
Para tratar de resolver el misterio de la materia oscura, se han construido laboratorios en las entrañas de minas abandonadas e instalado sensores en las profundidades de la Antártida. También se han lanzado telescopios al espacio y se han hecho chocar entre sí partículas a altísimas velocidades, pero hasta ahora nadie sabe con certeza qué (diablos) es la materia oscura.
De qué está hecha
A medida que la tecnología avanza, los científicos plantean nuevas ideas para responder qué es la materia oscura, de qué está hecha y cuál es su función en el universo. Estas son algunas de las principales hipótesis que hay para tratar de explicarla.
1. El “milagro WIMP” (Weakly Interactive Massive Particles).
Año en que se propuso: 1985. Fortalezas: su existencia explicaría la cantidad de materia oscura en el universo, lo que se conoce como “milagro WIMP”. Debilidades: no se han hallado estas partículas, mientras que la capacidad de los instrumentos empleados se acerca al límite.
Explicación:
En los últimos años, las mejores candidatas para tratar de explicar la composición de la materia oscura han sido las WIMP, unas partículas hipotéticas que se adecúan a las observaciones astrofísicas. En teoría, las WIMP -un remanente del Big Bang- serían mucho más masivas que los neutronios y podrían interactuar mínimamente con la materia oscura convencional. Nacerían de la supersimetría, una modificación del modelo estándar que asume que las partículas conocidas tienen compañeras más pesadas. Al incorporar las masas de estas partículas supersimétricas, se obtendría una cantidad que cuadra con el total esperado de materia oscura.
2. Axiones: más ligeros y limpios
Año en que se propuso: 1977. Fortalezas: en teoría, es una hipótesis más fácil de probar que otras. Debilidades: no puede explicar otros enigmas del universo, como la antimateria y la energía oscura.
Explicación:
La marca de detergente Axión inspiró al físico del Instituto Tecnológico de Massachusetts, Frank Wilczek, para bautizar así a una partícula hipotética que tenía en mente y que explicaría la materia oscura. El axión se caracteriza por tener una masa mínima, billones de veces menor que la de un electrón o las WIMP, más pesadas. La idea, que proviene de ciertos modelos para explicar la interacción nuclear fuerte, conlleva que el universo está repleto de axiones desde el Big Bang. No obstante, tendría una carga neutra e interaccionaría poco con el resto de la materia.
Desde 2018, un equipo de científicos de la Universidad de Washington conduce el Axion Dark Matter eXperiment (ADMX), que trata de encontrarlos con un potente campo magnético generado en el interior de un cilindro ultraenfriado de cuatro metros.
3. Gravedad modificada: la materia oscura no existe.
Año en que se propuso: 1983. Fortalezas: predice el comportamiento de las galaxias sin necesidad de meter de por medio a las partículas exóticas. Debilidades: no explica el comportamiento de los cúmulos.
Explicación:
Existe la posibilidad de que no hayamos podido encontrar la materia oscura porque no existe. En un artículo de 1983, el físico israelí Mordehai Milgrom planteó que en vez de explicar el movimiento de las galaxias y cúmulos como consecuencia de la presencia de una sustancia extraña e invisible, deberíamos plantearnos que a esa escala quizá la gravedad se comporta de forma diferente. Esta idea recibe el nombre de dinámica newtoniana modificada o MOND.
A pesar de que los científicos de diversas partes del mundo han dedicado su vida a estudiar y desentrañar el misterio de la materia oscura, todavía a la fecha no hay una teoría que sea 100% aceptada en la comunidad científica sobre qué es la materia oscura o de dónde viene.
Lo que sí está unificado es su día feriado. Así es, resulta que el 31 de octubre se celebra el Día de la Materia Oscura. Diferentes laboratorios y centros de divulgación alrededor del mundo lo celebran dando conferencias en donde exponen lo que se sabe del tema con el fin de despertar el interés de la gente al respecto. Puedes consultar dichos eventos y conferencias aquí: Dark Matter Day.
MUY INTERESANTE.
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