El gran misterio de la materia oscura.

La materia oscura.
En astrofísica y cosmología física, se denomina materia oscura a un tipo de materia que corresponde al 85% de la materia-energía del universo, y que no es energía oscura, materia bariónica (materia ordinaria) ni neutrinos. Su nombre hace referencia a que no emite ningún tipo de radiación electromagnética (como la luz). De hecho, no interactúa en ninguna forma con la radiación electromagnética, siendo completamente transparente en todo el espectro electromagnético.​ Su existencia se puede inferir a partir de sus efectos gravitacionales en la materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en las anisotropías del fondo cósmico de microondas presente en el universo.

La materia oscura fue propuesta por Fritz Zwicky en 1933 ante la evidencia de una "masa no visible"​ que influía en las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos. Posteriormente, otras observaciones han indicado la presencia de materia oscura en el universo: estas observaciones incluyen la citada velocidad de rotación de las galaxias, las lentes gravitacionales de los objetos de fondo por los cúmulos de galaxias, tales como el Cúmulo Bala (1E 0657-56) y la distribución de la temperatura del gas caliente en galaxias y cúmulos de galaxias.

Esta imagen muestra un collage de seis cúmulos de galaxias captadas por el Hubble.
Los cúmulos son observados en un estudio de como se comporta la materia
oscura cuando los cúmulos galácticos colisionan. Setenta y dos cúmulos fueron estudiados.
Usando imagenes del Hubble en luz óptica, el equipo fue capaz de mapear la
distribución de estrellas después de la colisión y también de la materia oscura,
en color azul. Crédito: NASA, ESA & Hubble.



La materia oscura también desempeña un papel central en la formación de estructuras y la evolución de galaxias y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación de fondo de microondas. Todas estas pruebas sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y todo el Universo contiene mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnética: lo restante es llamado "el componente de materia oscura".

La composición de la materia oscura se desconoce. Puede incluir neutrinos ordinarios y pesados, partículas elementales recientemente postuladas como los WIMPs y los axiones, cuerpos astronómicos como las estrellas enanas, los planetas (colectivamente llamados MACHO) y las nubes de gases no luminosos. Las pruebas actuales favorecen los modelos en que el componente primario de la materia oscura son las nuevas partículas elementales llamadas colectivamente materia oscura no bariónica.

El componente de materia oscura tiene bastante más masa que el componente "visible" del Universo.​ Actualmente, se estima que la densidad de bariones ordinarios y la radiación en el Universo equivalen aproximadamente a un átomo de hidrógeno por metro cúbico de espacio. Aproximadamente, sólo el 5% de la densidad de energía total en el Universo (inferido de los efectos gravitacionales) se puede observar directamente. Se estima que en torno al 23% está compuesto de materia oscura. El 72% restante consistiría en energía oscura, un componente incluso más extraño, distribuido difusamente en el espacio.​ Alguna materia bariónica difícil de detectar contribuye a la materia oscura, aunque algunos autores defienden que constituye sólo una pequeña porción.​ Aun así, hay que tener en cuenta que del 5% de materia bariónica estimada (la mitad de ella todavía no detectada) se puede considerar materia oscura bariónica: todas las estrellas, galaxias y gas observables reúnen menos de la mitad de los bariones que se supone debería haber. Se cree que toda esta materia puede distribuirse en filamentos gaseosos de baja densidad, formando una red por todo el universo, en cuyos nodos se encuentran los diversos cúmulos de galaxias. En mayo de 2008, el telescopio XMM-Newton de la agencia espacial europea encontró pruebas de la existencia de dicha red de filamentos.​

La determinación de la naturaleza de esta masa no visible es una de las cuestiones más importantes de la cosmología moderna y la física de partículas. Las denominaciones "materia oscura" y "energía oscura" expresan principalmente nuestra ignorancia, casi como los primeros mapas etiquetados como "Terra incógnita".

Para saber más sobre la materia oscura sigue el enlace:

A fin de cuentas, ¿qué es la materia oscura?
Durante los primeros 150 millones de años después del Big Bang, no hubo galaxias ni estrellas ni planetas. El universo no tenía rasgos distintivos.

Con el paso del tiempo, se formaron las primeras estrellas. Estrellas reunidas en galaxias. Las galaxias comenzaron a agruparse juntas. Esos cúmulos están formados por las galaxias y todo el material entre las galaxias. Grupos de materia se estrellaron entre sí, y los planetas de nuestro sistema solar comenzaron a formarse alrededor del sol.

Algo debe mantener unidos a nuestro sistema solar, las galaxias y los cúmulos de galaxias. Y la gravedad es ese "pegamento". En algunos cúmulos, el espacio entre las galaxias está lleno de gas tan caliente, los científicos no pueden verlo usando telescopios de luz visible. El gas solo se puede ver como rayos X o rayos gamma. Los científicos miran ese gas y miden cuánto hay entre las galaxias en racimos. Al hacer esto, descubrieron que debe haber cinco veces más material en los cúmulos de lo que podemos detectar. La materia invisible que no podemos detectar se llama "materia oscura".

El astrónomo suizo Fritz Zwicky utilizó por primera vez el término "materia oscura" en la década de 1930. Estudió el llamado cúmulo de galaxias de Coma y, específicamente, qué tan rápido gira. Los cúmulos son como tiovivos: su velocidad de revolución depende del peso y la posición de los objetos en los conglomerados, como el peso de los objetos y sus posiciones en un tiovivo. La velocidad que midió implicaba que el grupo tenía mucha más masa de lo que sugería la luz observable.

Esta imagen del Hubble nos muestra  la distribución de la materia oscura en el cúmulo
de galaxias Abell 1689, contiene alrededor de mil galaxias y mil billones
 de estrellas aproximadamente.
Crédito: ESA, NASA&Hubble.



En la década de 1970, la astrónoma estadounidense Vera Rubin y sus colegas confirmaron este resultado mediante el estudio de la rotación de galaxias. También descubrieron que las galaxias individuales, no solo los cúmulos, tienen más masa de la que sugería su luz observable. El trabajo de Rubin y su equipo ayudó a establecer firmemente la noción de materia oscura.

En muchos sentidos, los científicos saben más sobre lo que no es la materia oscura, aunque tienen algunas ideas sobre lo que podría ser. La materia oscura posiblemente podría ser enanas marrones, estrellas "fallidas" que nunca se encendieron porque carecían de la masa necesaria para comenzar a quemarse. La materia oscura podría ser enanas blancas, los restos de núcleos de estrellas muertas de tamaño pequeño a mediano. O la materia oscura podría ser estrellas de neutrones o agujeros negros, los remanentes de estrellas grandes después de que exploten.

Sin embargo, existen problemas con cada una de estas sugerencias. Los científicos tienen pruebas contundentes de que no hay suficientes enanas marrones o enanas blancas para explicar toda la materia oscura. Los agujeros negros y las estrellas de neutrones también son raros.

La materia oscura no puede estar compuesta del asunto con el que estamos familiarizados en absoluto. La materia que compone la materia oscura podría ser diferente. Puede estar lleno de partículas predichas por la teoría pero que los científicos aún tienen que observar.

Lente gravitatoria en el cúmulo de galaxias Abell 370.
Crédito: NASA, ESA & Hubble.


Debido a que los científicos no pueden ver la materia oscura directamente, han encontrado otras formas de investigarla. Podemos usar formas indirectas para estudiar cosas, como mirar una sombra y hacer una conjetura sobre qué es lo que proyecta la sombra. Una forma en que los científicos estudian indirectamente la materia oscura es mediante el uso de lentes gravitacionales.

La luz que atraviesa una lente gravitacional es similar a la luz que atraviesa una lente óptica: se dobla. Cuando la luz de estrellas distantes pasa a través de una galaxia o cúmulo, la gravedad de la materia presente en la galaxia o cúmulo hace que la luz se doble. Como resultado, la luz se ve como si procediera de otro lugar y no de su origen real. La cantidad de flexión ayuda a los científicos a aprender sobre la materia oscura presente. Muchos científicos de la NASA utilizan el Telescopio Espacial Hubble para observar lentes gravitacionales.

Además de estas formas indirectas, los científicos de la NASA creen que tienen una forma directa de detectar la materia oscura utilizando el Telescopio Espacial Fermi de Rayos Gamma. Este telescopio mira los rayos gamma, la forma de luz de mayor energía. Cuando dos partículas de materia oscura chocan entre sí, pueden liberar un rayo gamma. El Telescopio Fermi podría detectar teóricamente estas colisiones, que aparecerían como una explosión de rayos gamma en el cielo. Debido a que Fermi no ha estado en el espacio por mucho tiempo, los científicos aún no tienen suficientes datos para llegar a conclusiones.

Eso es lo que hace que la materia oscura sea emocionante: sigue siendo uno de los grandes misterios de la ciencia.

Enlace: NASA.