¿Estás listo para adentrarte en el lado oscuro del universo?

Hoy te presento, la materia oscura. En 1933 un polémico científico llamado Fritz Zwicky decide medir la rotación de las galaxias en el cumulo de coma. Sus resultados son sorprendentes y parecen no encajar con la mecánica newtoniana.

| 22 julio 2017 12:07 AM | Ciencia y tecnología | 3.1k Lecturas
¿Estás listo para adentrarte en el lado oscuro del universo?
¿Estás listo para adentrarte en el lado oscuro del universo?
Por: Valeria Chuquimez
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Zwicky se encuentra en un apuro, o bien tiene que asumir que las leyes de Newton no son correctas o que hay algo ahí que no es capaz de ver y se lanzó con la segunda propuesta, planteando la existencia de un nuevo tipo de materia que no interacciona con la luz: la materia oscura. Nadie se tomó muy en serio a Zwicky y honestamente lo entiendo, en primer lugar, por ser una época confusa y en segundo lugar porque estos resultados tan revolucionarios siempre requieren de una confirmación, algo que no llegaría hasta 40 años después gracias a Vera Rubin, estudiando las curvas de rotación galácticas. Estas curvas representan la distancia a las que se encuentran las estrellas del centro de la galaxia en el eje X frente a su velocidad orbital en el eje Y. Al hacer esto, Vera obtuvo algo muy interesante.

Teniendo en cuenta las leyes de Newton-Kepler cabe esperar que según nos alejamos del núcleo galáctico la velocidad a la que se desplazan las estrellas decrezcan. Que no te sueñe extraño esto pues es similar a lo que ocurre en nuestro sistema solar. Sin embargo, Vera observo una velocidad constante con la distancia, algo imposible de explicar con la cantidad de estrellas que se observan y su distribución en la galaxia.

La única forma de que esas estrellas no salgan disparadas fuera de la galaxia es que haya algún tipo de materia invisible que las mantenga confinadas. Una materia que debería ser dominante en la galaxia dando cuenta de un 80% de la masa total, la materia oscura. Existen otras técnicas para medir la masa de una galaxia por ejemplo por medio de lentes gravitacionales (se forman cuando la luz precedente de objetos distantes y brillantes se curvan alrededor de un objeto masivo (como la galaxia) situado entre el objeto emisor y receptor) como ya se sabe, la luz también se ve afectada por la gravedad curvándose al pasar cerca de un cuerpo masivo.

Esto genera un efecto de lente de forma similar a una lupa. Al curvar la luz, el objeto en la línea de visión aparece distorsionado. La luz de una estrella lejana se curvará al pasar cerca de una galaxia intermedia. Dependiendo de cómo es distorsionada la imagen de la estrella podemos saber la masa del cuerpo intermedio: la galaxia. Ahora contamos las estrellas de la galaxia, obtenemos su masa y la masa obtenida contando estrellas es un 20% tan solo de la masa obtenida con el efecto del lente gravitacional.

Obviamente ahí hay más masa de la que a simple vista se puede detectar. La materia oscura ha dejado su rastro en el fondo cósmico de microondas, las cenizas del Big Bang, que nos muestran un tipo de materia no bariónica que tuvo un papel muy importante en el inicio del universo. Y, por si fuera poco, los modelos de formación de galaxias son incapaces de recrear una situación realista sin añadir la materia oscura al universo, la cual fue fundamental para que la gravedad le ganara la partida a la expansión del universo en la formación de estructuras, galaxias y estrellas.

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Así que ya le puedes ir dando las gracias a la materia oscura porque de no ser por ella no estaríamos aquí, hablando de materia oscura. Pero, ¿Qué sabemos y que no sabemos de la materia oscura?

Sabemos que:

1) Tiene que tener masa: De hecho, tiene que dar cuenta del 80% de la masa del universo. Durante un tiempo se pensó que podrían ser neutrinos, pero su pequeña masa hace que se tenga que descartar.

2) Tiene que ser fría: Es decir, nada de materia relativista. De nuevo se descartan los neutrinos.

3) Está distribuida por todo el halo del universo: Ampliando en gran medida el tamaño de estado.

4)Tiene que ser materia no bariónica: Por lo que descartamos los MACHOs (massive compact halo object) al estar formado por bariones, es decir, protones y neutrones. Con este nombre tan curioso hacemos referencia a enanas marrones, como Júpiter, agujeros negros, nubes de polvo y planetas errantes.

5) No tiene que emitir luz: Porque sino la veríamos. La materia oscura no interacciona electromagnéticamente.

¿Y que no sabemos? Pues el resto. Como puedes ver, claramente sabemos lo que no es la materia oscura muy bien, pero poco sabemos lo que sí es. Todo lo que podemos decir es que un tipo de materia que no forma parte del modelo estándar. ¿Habrá algún candidato? Por supuesto, lo que se conocen como WIMPs (weakly interacting massive particles)

1) El neutralino: Esta hipotética partícula es el hermano súper simétrico del neutrino, por lo tanto, es una partícula neutra, es interactuante, bosónica y con mucha masa. La mejor parte es que su súper simetría, la teoría que predice este tipo de partículas esta contra las cuerdas. No ha aparecido ningún signo de su existencia, lo cual ha hecho que cada vez menos físicos crean en su validez.

2) Los axiones: Esta particula se introdujo para poder explicar la conservación de la simetría CP en la fuerza fuerte. Si existiera esta particula se estarían produciendo millones de ellos en el sol así que nunca nadie ha visto un axión.

3) Los Modos de Kaluza Klein: Kaluza Klein fue un físico que intento la unificación del electromagnetismo en la gravedad, cosa que busco Einstein durante muchas décadas sin éxito, añadiendo nuevas dimensiones. Su trabajo, mejorado por Klein, dejo impresionado al mismo Albert. La idea consistía que, al igual que la gravedad, es una distorsión del espacio-tiempo tridimensional. El electromagnetismo también puede ser una distorsión, en este caso, de más dimensiones.

Estas teorías predicen la existencia de unas partículas que resultan ser buenas candidatas a materia oscura. Con muchas más incógnitas que datos objetivos, la existencia de materia oscura es uno de los grandes enigmas de la ciencia actual. Se busca en detectores en el espacio como AMS, en grandes colisionadores de partículas como LHC o experimentos tan bonitos como Antares en el mar mediterráneo o Ice Cube en la Antártida.

Personalmente creo, y esta es una opinión muy particular, que pronto sabremos mas de esta materia oscura, puede que sea el gran descubrimiento del siglo.

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Fuente: > Valeria Chuquimez
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Colaborador 9324 La Primera Digital