¿Qué es la materia oscura?

Cuando los científicos estudiaron la rotación de las galaxias, se sorprendieron al descubrir que las estrellas en los bordes exteriores de la galaxia giraban mucho más rápido de lo que permitían las leyes de la gravedad tradicionalmente entendidas. Si la gravedad era la única fuerza que mantenía todo junto, ¡a esas velocidades las estrellas deberían ser arrojadas al universo! Pero claramente, no lo son. Entonces, debe haber alguna fuerza misteriosa e invisible en el trabajo que mantiene todo junto. Debido a que es tan difícil de detectar, se le dio el nombre de «materia oscura».

Primeras observaciones

La vía Láctea Crédito: sripfoto/ Shutterstock

Si bien la investigación de la materia oscura se ha intensificado en la era moderna, fue planteada por primera vez por un astrofísico llamado Fritz Zwicky en la década de 1930. Estaba estudiando un grupo de galaxias llamado Coma Cluster. Midiendo la luz que emitían, pudo estimar la masa de cada galaxia. Si sus estimaciones sobre la masa fueran precisas y, por lo tanto, la gravedad que puede producir cada galaxia, las velocidades a las que se precipitaban por el universo deberían haber sido imposibles.

Las galaxias habrían necesitado al menos 400 veces la masa estimada para tener suficiente gravedad para permanecer juntas. Sabía que había algo más en el trabajo, pero no tenía los medios para investigar más.

Más investigación

Vista espacial de M31: Andrómeda, la galaxia más cercana a la nuestraCrédito: Robert Gendler/ NASA

Aunque Zwicky había notado algo increíble, la materia oscura se olvidó en su mayor parte hasta la década de 1970. Fue entonces cuando un astrónomo llamado Vera Rubin notó algo similar a Zwicky, pero esta vez con mucho más detalle. En lugar de ver las galaxias como un solo punto de luz, estaba mirando sistemas individuales dentro de la galaxia, específicamente nuestra vecina Andrómeda.

Sabía que cuanto más cerca estuviera algo de un objeto masivo, más atracción gravitacional se sentiría. Entonces, utilizando el conocimiento tradicional de la gravedad, planteó la hipótesis de que las estrellas en el centro de la galaxia se moverían más rápido que las más lejanas. Ella estaba equivocada. Las estrellas en el exterior de la galaxia giraban a la misma velocidad que las del centro, y giraban tan rápido que deberían haberse separado. No había suficiente masa para mantener unida a la galaxia. Algo, y mucho, faltaba.

MACHO vs WIMP

No, no es la secundaria de nuevo. Dado que había una gran cantidad de «cosas» que proporcionaban masa a estas galaxias en rotación imposible, los científicos tuvieron que encontrar un nombre para los objetos invisibles. Había dos posibles explicaciones que pudo haber causado este fenómeno:

  • MACHOs: enormes objetos compactos de halo
  • WIMP: partículas masivas de interacción débil.

El problema con la materia oscura es que es oscura. Los científicos no pueden verlo. Los MACHO son objetos muy grandes que no reflejan ni producen luz, como planetas, estrellas que no han crecido lo suficiente como para brillar o cualquier otro objeto gigantesco con poca luz que pueda estar ahí fuera. ¿Qué pasaría si hubiera una gran cantidad de objetos masivos que no pudiéramos ver y que proporcionaran la masa necesaria para que la galaxia permanezca unida? El problema con la teoría MACHO es que su gravedad sería tan intensa que haría que la luz se doblara, lo que podría observarse. Así es como se descubrieron los agujeros negros, una forma de MACHO. Dado que no hay suficientes MACHO para encontrar, los científicos fueron empujados hacia WIMP.

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Los WIMP son partículas diminutas, posiblemente subatómicas, que contienen algo de masa. Enjambres masivos de WIMP, y por masivos significan lo suficiente para llenar aproximadamente el 84% de todo el universo, podrían generar la masa combinada necesaria para mantener juntas las galaxias. El problema con esta teoría es que no podemos encontrarlos. Si están en todas partes, deberían ser detectables incluso en nuestro sistema solar.

Neutralinos

Después de decidirse principalmente por la idea de los WIMP y carecer de pruebas concretas hasta el momento, los científicos inventaron un partícula hipotética eso podría resolver el problema. Llamaron neutralinos a las partículas imaginarias (hasta ahora).

Los neutralinos se basan en otra partícula subatómica que los científicos ya han observado llamada neutrinos. Los neutrinos son similares al electrón de un átomo pero no tienen carga. Eran un contendiente por la materia oscura, pero no tienen suficiente masa. Los neutralinos son el pariente imaginario y más pesado del neutrino. Los científicos están trabajando muy duro para encontrar el neutralino molesto y esquivo y probar su existencia.

Ninguna de las anteriores

Vista espacial de la M33: galaxia triangular en forma de espiralCrédito: Christoph Kaltseis/ NASA

Dado que todo lo relacionado con la materia oscura es principalmente teórico, los científicos siempre tienen la opción de seleccionar D: ninguna de las anteriores. Algunos científicos creen que en lugar de una nueva partícula invisible que lo explique todo, ¿qué pasa si nuestra comprensión de la gravedad es incompleta o incluso incorrecta? La propia Rubin incluso admitió estar, al menos parcialmente, en este campo.

Una nueva teoría de la gravedad (perdón, Newton) fue introducido por el físico teórico Erik Verlinde en 2010. En su teoría, afirma que la gravedad no es una fuerza fundamental que afecta a todos los objetos por igual sino, más bien, un “fenómeno emergente” que puede cambiar y fluctuar en función de la ambiente muy parecido a la temperatura. Esto podría explicar cómo las galaxias se mueven de la forma en que lo hacen.

Por supuesto, como con cualquier cosa en la ciencia, siempre hay disputas. Muchos científicos rechazan completamente la idea de la gravedad modificada y se apegan a la teoría de la materia oscura. Parece que el debate tendrá que continuar en el futuro previsible.

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Luciana CH

Colaborador independiente, Nanova