Materia Obscura

Materia Obscura

 

Materia obscura

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Hay una fuerte evidencia, mediante una gran variedad de observaciones, de la
existencia de una gran cantidad de materia oscura en el universo. El término
“materia oscura” alude a materia cuya existencia no puede ser detectada mediante
procesos asociados a la luz, es decir, no emiten ni absorben radiaciones
electromagnéticas, así como no interaccionan con ella de modo que se produzcan
efectos secundarios observables; esta materia ha sido inferida solamente a
través de sus efectos gravitacionales.


Hay también una extensa evidencia
circunstancial de que al menos alguna cantidad de esta materia oscura es de
naturaleza no bariónica, es decir, compuesta de partículas elementales distintas
a los protones, neutrones y electrones (los bariones son todas aquellas
partículas compuestas por tres quarks, tales como el protón o el neutrón; el
electrón no es un barión sino un leptón, pero por simplicidad siempre que nos
referimos a los bariones cuando hablamos sobre materia oscura se sobreentiende
que incluimos a los electrones como si de un barión más se tratase).


La evidencia más fuerte de materia
oscura está en las curvas de rotación de las galaxias espirales. En estas
observaciones, la velocidad azimutal de las nubes de hidrógeno rodeando la
galaxia es medida (mediante desplazamiento Doppler) en función de la distancia
al centro de la galaxia o radio galáctico. Si no hubiese materia oscura, a
distancias suficientemente alejadas del centro o bulbo de la galaxia
encontraríamos que la velocidad es inversamente proporcional al radio o
distancia galáctica. Sin embargo, observaciones
de muchas galaxias espirales indican una velocidad que es independiente de la
distancia a grandes distancias. En otras palabras, el movimiento de la materia que compone la
estructura de una galaxia espiral no verifica las leyes de
Kepler.


Otras indicaciones de la presencia
de materia oscura vienen de observaciones del movimiento de galaxias y gas
caliente en cúmulos de galaxias. Ninguna de estas observaciones nos
da una indicación directa de la naturaleza de la materia oscura. Si es
barionica, las formas que puede tomar están severamente restringidas, ya que la
mayoría de las formas permitidas de este tipo de materia oscura emite y absorbe
fotones en por lo menos una banda de frecuencia observable. Algunas posibles
excepciones incluyen remanentes (de enanas blancas, estrellas de neutrones,
agujeros negros) de una temprana generación de estrellas masivas u objetos más
pequeños que nunca iniciaron la combustión nuclear (y podrían por lo tanto tener
masas menores que aproximadamente la décima parte de la masa
solar).


Hay también una extensa evidencia circunstancial de que al menos un porcentaje
de la materia oscura es de naturaleza no bariónica, es decir, está compuesta por
partículas elementales distintas a los electrones, protones o neutrones, y que
no interactúan fuertemente con la materia normal. Se supone que podría tratarse
de neutrinos u otras partículas mucho más pesadas, denominadas WIMPs (Weakly
Interacting Massive Particles, o partículas masivas de interacción débil) que
han sobrevivido desde el Big Bang, y por lo tanto, son extremadamente estables o
bien tienen tiempos de vida que exceden la edad actual del Universo.


Los candidatos a dar cuenta de la materia oscura no bariónica son varios:
neutrilinos, axiones, monopolos, cuerdas cósmicas, racimos de quarks, y una
larga lista de posibilidades exóticas. Sin embargo, a excepción de los
neutrinos, muchas de tales partículas elementales existen solamente en el campo
teórico, ya que hasta el momento su existencia no ha sido detectada. Además, por
tratarse de materia no convencional, que no absorbe ni emite radiación
electromagnética (luz, ondas de radio, etc.), su detección parece fuera de
nuestro alcance por el momento.

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Materia oscura y Universo

Cualquiera que sea la naturaleza de la materia oscura, ésta es sin duda la fuente principal de las fuerzas gravitacionales en el Universo, y por ello resulta al menos parcialmente responsable de la formación de todas sus estructuras. Puesto que la totalidad de la materia visible resulta sólo una pequeña fracción de la masa total del Universo, conocer con cierta exactitud la cantidad de materia oscura existente nos ayudará a determinar el futuro evolutivo del mismo. Los cosmólogos se refieren a la masa total del Universo en términos de un parámetro denominado Omega. Si no hay suficiente materia oscura como para ligar gravitacionalmente al Universo (es decir, si el valor de Omega resulta menor que 1), este podría continuar expandiéndose infinitamente. En cambio, si existiera la suficiente masa (es decir, si el valor de Omega resulta mayor que 1), el Universo podría finalmente frenar su expansión, detenerla y comenzar a contraerse, para eventualmente colapsar. Un universo infinitamente en expansión, implicaría un valor de Omega igual a 1. Gracias a importantes avances tecnológicos, tanto en los instrumentos astronómicos disponibles como en la potencia de las computadoras dedicadas a la investigación astrofísica, la coincidencia de los resultados observacionales con las investigaciones teóricas se ha vuelto no sólo posible, sino crucial para el progreso en la resolución del misterio de la materia oscura, una de las claves para descubrir el origen, la evolución y el destino de nuestro Universo.

La materia oscura. El nombre que se le da a este tipo de materia proviene del hecho de que se trata de una materia no detectable en ninguna banda del espectro electromagnético: ni en la banda gamma ni en la radio, pasando por todas las zonas intermedias, incluyendo la banda del visible (incurrimos en un abuso del lenguaje cuando sustituimos no detectable por ‘no visible’, aunque sobreentedemos, sin embargo, a qué nos referimos).

La materia oscura, aunque no se ‘vea’ (esto es, se detecte electromagnéticamente), es abundante: se calcula que aproximadamente el 90% de la materia total del Universo es materia oscura (sólo el 10% residual es materia detectable por su radiación electromagnética). Las Galaxias por ejemplo, estarían incluidas dentro de este 10%, e irían simplemente ‘viajando’ en un fluido ‘oscuro’. La materia oscura puede agruparse gravitatoriamente en grumos gigantescos del tamaño de Galaxias e incluso del tamaño de Cúmulos de Galaxias. Se presume que la materia oscura jugó un papel muy importante en la formación de las galaxias (podemos decir que se trataría de materia oscura galáctica) y se sabe también que está extendida además por todo el Universo (podemos decir que se trataría de materia oscura no acumulada).

El Misterio de la Energía Obscura