Hola a todos, mis queridos lectores, en esta oportunidad trataremos de explicar un poco qué es la materia oscura, cómo se descubrió, qué es lo que no se sabe y por qué es tan difícil e importante estudiarla.
¿Qué es la materia oscura?
Extravagante astrónomo y físico suizo de origen búlgaro. Formuló ideas pioneras relacionadas con la materia oscura, y se le considera el descubridor de las estrellas de neutrones.
Fuente de la imagen (link)
Su nombre es algo confuso, puesto que no es oscura, sino transparente. Para entender la materia oscura, hay que entender que es una onda electromagnética. Una onda electromagnética es una onda de luz, que puede estar en el espectro visible o no. La luz que emite una lámpara o el sol y los rayos X de las radiografías son ondas electromagnéticas al igual que lo son las microondas del electrodoméstico y, a pesar de que la gran mayoría de las ondas no se pueden ver, son detectables con diferentes instrumentos de medición. Ahora bien, la materia oscura no interacciona con las ondas electromagnéticas, es decir que no se puede ver porque no reacciona a la luz, dificultando seriamente su estudio, pero al tener masa, sí interacciona gravitacionalmente. Cuanto más grande es una estructura masiva, mayor incidencia tiene la materia oscura sobre ésta, puesto que la materia oscura funciona como una sustancia que se adhiere y rodea a todo objeto con masa, a tal punto que puede generar lentes gravitacionales (distorsión y/o aumento de lo que se ve detrás de un objeto masivo). Según los cálculos actuales de los científicos, la materia bariónica (materia visible) representa solo el 5% de la totalidad de partículas del universo, mientras que el resto se divide entre materia oscura en un 23% y energía oscura un 72%; y de la masa total del universo, la materia bariónica aporta un 15% y la materia oscura un 85%. Cabe aclarar, que no se debe confundir materia oscura con energía oscura, de la cual hablaré más adelante, ni con la antimateria, que es la materia ordinaria con carga opuesta.
Si no la podemos ver, ¿Cómo se descubrió?
Astrónoma estadounidense pionera en la medición de la velocidad radial de las estrellas dentro de las galaxias. Una de las mujeres mas importantes en la historia de la astronomía puesto que su aporte corroboró la existencia de la materia oscura.
Fuente de la imagen (link)
Fue el astrofísico Fritz Zwicky, en el Instituto Tecnológico de California (Caltech) en 1933, quien propuso su existencia. Observando el cúmulo de galaxias de Coma, descubrió que había una curiosidad que no podía ser ignorada: las galaxias rotan a tal velocidad que las estrellas que giran alrededor de la misma deberían salir despedidas, pero ésto no sucede. Para que eso no ocurra, la masa de la galaxia debía ser entre unas 5 o 6 veces mayor, es muy grande la diferencia para considerar un error de cálculo. Es por ello que propuso la existencia de un nuevo tipo de materia que no puede ser detectada directamente, y que permitió explicar la anomalía de la velocidad de rotación de las galaxias, a la cual llamó Materia Oscura. Aún así, pasaron unos 42 años hasta que sus predicciones fueran corroboradas: La astrónoma Vera Rubin presentó un estudio realizado por su equipo en 1975, basado en los datos de un espectógrafo hipersensible que analizaba el movimiento de rotación de las galaxias espirales. De dicho estudio se concluyó que las estrellas rotan a la misma velocidad angular, lo cual implica que las densidades de las galaxia son bastante uniformes, pese a la distribución de las estrellas (sobretodo si tomamos en cuenta el bulbo galáctico, donde en todas las galaxias hay una mayor concentración de masa). Hoy en día, hay consenso entre la mayoría de los científicos que aceptan su existencia, aún sin conocer su composición ni entendiendo del todo su funcionamiento, puesto que las pruebas sobre su existencia son contundentes y difíciles de refutar. Descubrir con mayor detalle el funcionamiento de la materia oscura sin dudas será un logro digno del premio Nobel, dado que puede aportar valiosísimos datos a la cosmología, donde la existencia de ésta sustancia tan difícil de detectar aporta datos muy importantes para comprender, basándonos en la teoría del Big Bang, cómo se llega desde una singularidad de densidad prácticamente infinita hasta el universo tal y como lo conocemos hoy en día.
Candidatos para explicar su composición
Debido a la dificultad que presenta la materia oscura para su detección, no se sabe de que está compuesta. Pero los científicos, que son las mentes más brillantes, al menos conocen que tipos de características debería tener lo que la compone. Se sabe que debe ser neutro, sin carga eléctrica ya que no interactúa con el electromagnetismo y con bastante masa. Y los candidatos son:
Neutrinos: Éstos son producto de las fusiones termonucleares de las estrellas, y fueron predichos por Wolfgang Pauli, para explicar la falta de una pequeña masa como resultado de la fusión nuclear en modelos matemáticos. Si bien son neutras, y tienen muy baja interacción con la materia bariónica (trillones de ellos nos atraviesan día a día), su masa es tan ínfima que se necesitaría una cantidad excesivamente más grande de neutrinos que las que se estima que hay en el universo, según el calculo de los expertos. Por otro lado, al tener tan baja masa, su movimiento es cercano al de la velocidad de la luz, y ello implica que son partículas calientes (relativistas). La materia oscura necesita de partículas frías, debido a su naturaleza, por lo que se descarta a los neutrinos.
WIMPs: Nombradas según sus siglas en inglés «weakly interacting massive particles«, las WIMPs son partículas con masa, de baja interacción con el resto de la materia. Éstas son posiblemente unas de las candidatas más prominentes a materia oscura. Su popularidad se debe a que, además de ofrecer oportunidades de detección en experimentos terrestres, éstas aparecen comúnmente en extensiones del Modelo Estándar. El neutralino es considerado un posible WIMP, ya que parece cumplir con todos los requisitos. El problema mayor es detectarlos, ya que al igual que los neutrinos, su interacción con la materia bariónica es tan baja que se necesitarían detectores gigantescos.
MACHO’s: Llamado así por sus siglas en ingles «Massive astrophysical compact halo object‘s», hace referencia a cualquier objeto masivo compacto astrofísico y tan tenue que no emita luz, tales como los agujeros negros o enanas marrones, pero no hay suficiente evidencia de ello (se busco que la luz de diferentes galaxias en diferentes direcciones se curve mediante lentes gravitacionales provocadas por agujeros negros, pero solo se encontró uno sólo, lo que no alcanza para cubrir la cantidad de masa que tiene la materia oscura, por lo que se encuentran casi totalmente descartados.
Universidad de California Berkeley.
Fuente de la imagen y de la información sobre los SIMPs (link)
SIMPs: Sus siglas significan»Strongly interacting massive particles«, y fueron partículas propuestas para explicar los rayos cósmicos. Incluso parecen cubrir agujeros teóricos que con las WIMPs no se pueden explicar. Teóricamente los SIMPs habrían sido producidos en grandes cantidades en la historia temprana del universo, y desde entonces se habrían enfriado hasta llegar a la temperatura cósmica promedio. A diferencia de los WIMPs, sin embargo, se cree que interactúan fuertemente entre ellos por la gravedad pero bastante débilmente con material normal. Un SIMP sería más pequeño que un WIMP, con el tamaño como el de un núcleo atómico, lo cual supone que hay más de ellos que si se tratara de WIMPs. Mayores números significarían que, pese a su interacción débil con materia normal (dispersándose en ella en lugar de descomponerse) dejaría una huella en ella. Se ha visto esta huella en cuatro galaxias colindantes en el cúmulo Abell 3827 donde, sorpresivamente, la materia oscura parece ser rezagada por la materia visible. Esto podría ser explicado por las interacciones entre la materia oscura en cada galaxia que hace más lenta la fusión de materia oscura pero no la de material normal (básicamente estrellas). Una forma de entender por qué la materia oscura se queda atrás de la materia luminosa es que las partículas de materia oscura tienen un tamaño finito, se dispersan unas contra otras lo que a su vez hace que cuando se quieren mover hacia el resto del sistema son retenidas. Esto explicaría la teoría de que la materia oscura está atada por un nuevo tipo de quarks. Los SIMPs, además, superan una falla de la teoría de los WIMPs: explican la distribución de materia oscura en galaxias pequeñas. Se tiene una intriga de larga data: si se mira las galaxias enanas, que son muy pequeñas y contienen pocas estrellas, están realmente dominadas por la materia oscura. Y si se pasa por simulaciones numéricas de cómo la materia oscura se agrupa, siempre predicen que hay una gran concentración hacia el centro, una cúspide.
En resumen…
Para resumir y concluir éste artículo, repasamos a grandes rasgos lo que sabemos sobre materia oscura: es transparente, tiene masa, genera lentes gravitacionales, representa el 85% de la masa del universo en promedio, mantiene a las galaxias ligadas en sí mismas de manera tal que las estrellas no salen despedidas según su velocidad radial y entre sí y no sabemos a ciencia cierta sobre su composición a pesar de que hay varios candidatos para explicar su comportamiento. Si bien hay mucha incertidumbre respecto a de qué está compuesta la materia oscura, la ciencia ha encaminado su búsqueda en el camino correcto. Ésto es todo lo que, a grandes rasgos, se sabe de la materia oscura, o al menos lo que me encuentro capacitado para tratar de explicarles. Así me despido con un saludo cálido, mis queridos lectores. Hasta la próxima entrega de este blog que tanto disfruto hacer. Les recuerdo que son bienvenidas las preguntas, los comentarios, las sugerencias y la difusión.
Un lugar llamado Universo 
