Materia Oscura

Materia Oscura

¿Qué es la materia oscura?

En principio, ni los físicos lo saben. La materia oscura es algo que “debería estar allí” para que los modelos cierren. Lo cierto es que cuando los astrónomos miran hacia el espacio, se encuentran con que este está lleno de millones y millones de objetos celestes. Pero esos objetos están separados por billones y billones de años luz de distancia, y sólo forman un 4,6% de todo lo que existe en el Universo.

Es decir, todo lo que conocemos, la materia formada por átomos que vemos y estudiamos, y apenas entendemos, es una pequeña parte de lo que los físicos suponen que existe fuera del planeta. Para explicar el movimiento “rápido” de las galaxias observadas en los cúmulos estelares (un movimiento extraño) es necesaria la existencia de una variable que no estamos viendo porque no interactúa con la luz ni la radiación electromagnética: la materia oscura.

A pesar de que la existencia de la materia oscura fue inferida por muchas observaciones astronómicas, no se sabe mucho más, ni siquiera su naturaleza, de qué puede estar hecha. Desde 1933, cuando la hipotética materia oscura fue postulada por primera vez, su naturaleza intentó explicarse de muchas formas, basándose en la observación de extraños objetos celestes como

los agujeros negros y las enanas marrones.

Actualmente, se cree que la materia oscura podría estar formada por una o más partículas elementales que no serían ni los electrones, ni protones, neurones o neutrinos. Se habla de partículas hipotéticas, como los neutrinos estériles, los axiones, y, especialmente, los WIMPs, Weakly Interacting Massive Particles, partículas de masa que interactúan débilmente. Se especula que la materia oscura posee mucha más masa en el Universo que la materia conocida por nosotros (de la que estamos hechos). Dentro de la hipótesis actual, el Universo estaría compuesto en un 4,6% de materia ordinaria, en un 23% de materia oscura, y en un 72% de energía oscura, otro tipo de masa totalmente desconocida e hipotética que según los físicos podría existir desde el Big Bang.

Primeras evidencias de materia oscura

Desde los años treinta se sabe que las velocidades peculiares de las galaxias en cúmulos corresponden a una masa total del cúmulo de aproximadamente un orden de magnitud mayor que el total de toda la materia luminosa observada dentro de las propias galaxias. ¿Cómo se sabe esto?. Hay una maneras simple de hacer una estimación de la masa del cúmulo. La única fuerza apreciable entre las galaxias de un cúmulo es la gravedad. Cuanto mayor sea la masa de un cúmulo, las galaxias exteriores estarán sometidas a una mayor fuerza

graviatoria total y por tanto a una mayor aceleración, alcanzando mayores velocidades. Por tanto, la velocidad media de las galaxias de un cúmulo es una medida de su masa. Este mismo argumento nos permite calcular la masa utilizando medidas de las mayores velocidades que se observan en el cúmulo. Éstas no pueden ser mucho mayores que la velocidad de escape, o en caso contrario las galaxias se habrían alejado del cúmulo.

Siempre por supuesto, una idea simple en astronomía suele estar acompañada de dificultades observacionales. En este caso, desde luego que no podemos observar las galaxias moviéndose realmente. Sólo podemos obtener una instantánea del cúmulo junto con una medida, a través del desplazamiento doppler, de las velocidades peculiares de cada galaxia. Pero podría pasar que las galaxias con velocidades más elevadas estuvieran realmente escapando del cúmulo, o que no pertenezcan realmente a éste, o que simplemente sean galaxias de fondo atravesando la franja del cielo donde está el cúmulo.

Evidencias aún más rotundas

También, desde los años sesenta se ha observado una situación similar en las partes exteriores de las galaxias espirales y al menos en algunas elípticas. Si imaginamos una galaxia a modo de Sistema Solar, con las estrellas girando en órbitas cerradas alrededor del centro donde se concentra una gran cantidad de masa, cabría esperar

entonces que las velocidad de las estrellas disminuyeran a medida que nos alejamos del centro siguiendo una ley kepleriana del tipo del inverso de la raíz cuadrada de la distancia. La representación de la velocidad de rotación frente a la distancia se denomina curva de rotación.

Sin embargo, las observaciones indican otra cosa. La velocidad parece mantenerse prácticamente constante hasta el límite observacional externo de la galaxia, como podemos observar en el ejemplo de la curva de rotación de la derecha correspondiente a la galaxia NGC3198 (fuente: Berkeley). Sólo existen dos posibles explicaciones a este fenómeno:

1. Existe una cantidad de materia distribuida de manera diferente a la materia visible

2. Bien

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