Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago
El trabajo de Kathryn
Jepsen en Simetría, entrega una información
actualizada de las cosas que debemos conocer de uno de los misterios más grandes de la física de partículas: La Materia Oscura.
¿Que
es la Materia Oscura? La materia oscura es una forma extraña de la materia, a
pesar de tener masa, no interactúa con los objetos que conocemos, pasando
directamente a través de nuestros cuerpos. Se le llama materia oscura debido
que para los seres humanos es invisible.
¿Cómo
sabemos que existe? Sabemos de su existencia debido que por tener masa, la
materia oscura ejerce una atracción gravitatoria; haciendo que las galaxias y
cúmulos de galaxias se desarrollen y mantengan juntos. Si no fuera por la
materia oscura, nuestra galaxia – La Vía
Láctea
La
materia oscura es cinco veces más abundante que toda la materia del universo detectada hasta
ahora. Los datos obtenidos por el satélite Planck, permitieron determinar la composición
del universo como sigue:
73,0% de energía oscura
23,0% de materia oscura
3,6%
de gas intergaláctico
0,4%
de materia ordinaria visible [átomos, etc., todo lo que se ve]
El
23% de materia oscura es invisible para los instrumentos, se le conoce solo por
su accionar gravitatorio que ejerce sobre la materia normal y el 73% de energía
oscura, es la que provoca la expansión
del universo.
Lo
que sea la materia oscura, no está hecha de cualquiera de las partículas
detectadas en los experimentos efectuados hasta el momento. Los físicos no han sido
capaces de observar las interacciones que la materia oscura pueda tener, en
niveles muy débiles, con la materia normal.
Parece
existir en grupos en todo el universo, formando una especie de andamio en el cual la materia visible se une permitiendo que las galaxias mantengan su estructura.
La
naturaleza de la materia oscura es desconocida, pero los físicos han sugerido
que, al igual que la materia visible, se compone de partículas.
La
materia oscura aparece periódicamente en los medios de comunicación, en
especial, cuando un experimento ha detectado una potencial señal de ella.
Los
siguientes cuatro hechos, que tratan incluso de
conseguirle velocidad a la materia oscura, son uno de los temas más
apasionantes de la física de partículas.
1 La Materia Oscura ya fue descubierta
En
la década de 1930, el astrofísico Fritz Zwicky
al observar las rotaciones de las galaxias que forman el Cúmulo de Coma,
un grupo de más de 1.000 galaxias situadas a más de 300 millones de años luz de
la Tierra ,
calculó la masa de estas galaxias, basado en la luz que emiten. Su sorpresa fue
grande al comprobar que si su estimación era correcta, a la velocidad a la que
las galaxias se movían, deberían haber volado en pedazos. De hecho, el grupo
necesitaba por lo menos 400 veces la masa que había calculado, para mantenerse
unida. Algo misterioso, una materia “oscura” invisible parecía estar agregada a
la masa de las galaxias.
La
idea de la materia oscura fue ignorada
hasta la década de 1970, cuando la
astrónoma Vera Rubin vio algo que le permitió pensar igual que su colega
Zwicky. Ella estudiaba la velocidad de las estrellas que se mueven alrededor del
centro de la galaxia de Andrómeda; ella anticipa que las estrellas en el borde
de la galaxia se mueven más lentamente
que las de su eje; porque las estrellas más cercanas a la brillante y
más masivo cúmulo de estrella del centro, se sentiría el tirón gravitatorio.
Sin embargo, encontró que las estrellas en los márgenes de la galaxia se
movían tan rápidamente como las del
medio.
Todo
tendría sentido, pensó Rubin, si el disco de las estrellas visibles estaba
rodeado de un halo más grande hecho de algo, que ella no podía ver, algo así
como una “materia oscura”.
Más
adelante, otras observaciones astronómicas confirmaron que algo extraño estaba
pasando con la forma en que las galaxias y el movimiento de la luz que se apreciaban
a través del espacio, favorecía la idea de que existía una falla en la
comprensión de la gravedad.
Aún siendo invisible, fortaleció
la idea de la existencia de una materia oscura, porque se veían sus efectos.
2
– Posiblemente se ha observado la materia Oscura.
Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago
Varios
experimentos están en busca de la Materia
Oscura
El
experimento DAMA [Dark Matter], un detector de materia oscura enterrado en la montaña Gran
Sasso de Italia, vio en 1998 un patrón muy prometedor.
La
velocidad a la que el experimento detectó éxitos de posibles partículas de
materia oscura, ha cambiado en el trascurso de los años a su punto máximo en
junio y de inmersión a su punto más bajo en diciembre. Esto fue exactamente lo
que los científicos de DAMA estaban buscando. Nuestra galaxia está rodeada por
un halo de materia oscura, la
Tierra está en constante movimiento a través de ése halo de
su órbita alrededor del Sol, y el Sol está en constante movimiento a través de
la materia oscura en su órbita alrededor del centro de la
Vía Láctea.la Tierra se mueve en la misma
dirección del Sol; durante la otra mitad, se está moviendo en la dirección
opuesta. Cuando la Tierra
y el Sol se mueven en tándem, su velocidad combinada a través del halo de
materia oscura en más rápida que la velocidad de la Tierra cuando ella y el Sol están en disconformidad. Por lo tanto, los
resultados de DAMA parecían revelar que la Tierra realmente se mueve a través de un halo de
materia oscura.
Existen
lagunas, puede existir algo distinto a la materia oscura, algo puede estar
cambiando en el entorno cercano, pero el experimento, hoy llamado
DAMA/LIBRA no ha dejado de ver esta
modulación anual. Por lo tanto, aún no hay nada concluyente que indique el
descubrimiento de la materia oscura.
El
experimento PAMELA, un satélite orbital que estudia la materia oscura, detectó
un exceso de positrones [un posible resultado de partículas de materia oscura
que colisionan y se aniquilan entre sí] en el presente año 2013; el experimento
AMS-02 adjunto a la Estación
Espacial Internacional [ISS sus siglas en inglés] encontró un
resultado similar pero más certero; pero los científicos no están conformes por
cuanto los positrones podrían provenir de púlsares.
3
Puede haber varias clases que componen el todo de un sector oscuro.
Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago
Los
axiones son partículas fundamentales cuya existencia, aunque no demostrada, está
fuertemente motivada por aspectos problemáticos de las actuales teorías de partículas.
El
axión explicaría de manera natural porque la materia y antimateria tienen
propiedades tan parecidas y podría explicar el porque el universo esta lleno de
materia y no de antimateria; por otro lado,
ese 23% de “materia oscura” tan buscada, que además de invisible es un
tipo de materia no convencional, podría estar compuesta por axiones producidos
en enormes cantidades después del Big Bang.
No
hay ninguna razón de porque debe haber un solo tipo de partícula de materia
oscura.
La
materia visible, todo lo que vemos, conformada por quarks, gluones y electrones y
que están junto a un gran surtido de partículas y fuerzas fundamentales como
ser: fotones, neutrinos y los bosones de Higgs, solo representan un 4% del universo, el resto es materia
oscura en un 23% y energía oscura el 73% restante.
Los
científicos siguen buscando la luz de las partículas de materia oscura
predichas en los modelos que existen en este momento.
4 –
Es probable que podamos observar la materia oscura en la próxima década.
Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago
Son
tiempos excitantes y emocionantes de quienes buscan la materia oscura; muchos científicos
predicen que la tendremos en nuestras
manos durante la próxima década.
Las
opciones son varias:
-Se podría
detectar directamente, lo que implicaría lograrlo mediante un gran experimento,
mediante un sensible laboratorio instalado bajo tierra, lo más libre posible
del potencial de interferencia de otras partículas.
-Encontrarla observándola indirectamente por los efectos
de la materia oscura con experimentos basados en el espacio. En la actualidad
los experimentos en desarrollo se centralizan en los satélites y la Estación Espacial
-Encontrar materia
oscura mediante un acelerador como el Gran Colisionador de Hadrones [LHC]. Es
posible que cuando dos haces de partículas colisionen en el LHC, su energía se
convertirá en masa, formando materia oscura.
Pero
a pesar de todo, es posible que la materia oscura esté fuera del alcance de los
seres humanos, quienes no podrían detectarla o producirla. De suceder esta opción,
puede que los científicos necesiten una nueva manera de buscarla, o tengan que
reconsiderar lo que saben acerca de la gravedad.
El
desafío es grande, el tiempo nos lo dirá.
Fuente:
Simetría / Instituto Kavli para la Astrofísica de Partículas y Cosmología [Marusa
Bradac] / Wikipedia / CPAN / People Roma2 / et al.
Ilustraciones: Symmetry-Estudio Sandbox - Chicago
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