La materia oscura, una fuerza invisible en el Universo

· El movimiento de las estrellas no se corresponde con la masa que se observa con los telescopios

· La materia oscura es la que más abunda en el Universo

· Abordar su detección supone todo un reto experimental

· Otro fuerza desconocida, denominada ‘energía oscura’, es la culpable de la expansión acelerada del Universo

El sol, los planetas, las estrellas de nuestra galaxia, los cúmulos de galaxias y, en general, todo el material que se encuentra en el cosmos, forman estructuras complejas.  La fuerza que consigue que todas estas estructuras permanezcan unidas es la gravedad, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, que produce una atracción entre la materia directamente proporcional a la masa. Pero hay un elemento invisible cuyas propiedades se escapan a los científicos y que está condicionando la evolución futura del Universo.

Toda la materia que conocemos  se sabe que está formada por átomos de diversos tipos (hidrógeno, helio, carbono, etc.). Y todos los átomos están hechos de las mismas partículas (electrones, protones y neutrones). Decimos que la luz también puede explicarse como compuesta de partículas. Se llaman fotones.

Desde Isaac Newton (siglo XVII), sabemos que los planetas están atraídos por sus estrellas  y orbitan debido a sus masas. La masa de los objetos es la que crea la fuerza de la gravedad.  Ahora sabemos que las estrellas en las galaxias se mueven también con las mismas leyes de Newton, aunque han sido modificadas -y mejoradas- por la Teoría de Einstein de la gravitación.

Curiosamente, el movimiento de las estrellas en las galaxias no se comprende con la masa que se observa con los telescopios -explica Antonio Ferrer, investigador del Instituto de Física Corpuscular de Valencia (IFIC) y colaborador en el experimento ATLAS del LHC-. Se sabe que hay mucha más masa que escapa a la vista de los telescopios. Como no sabemos qué es esta masa que falta (no son protones ni neutrones ni electrones), se ha bautizado como ‘materia oscura’”.

Pero además, y es lo extraordinario, ¡la materia oscura es la que más abunda en el Universo! La materia oscura cambia el movimiento de las estrellas en las galaxias, pero no la podemos ver. No es fácil detectarla, porque no interacciona con la materia que llamamos ordinaria. En el Universo, el 4% es materia ordinaria, el 21% (5 veces más) es materia oscura, desconocida.

“En el modelo más sencillo, la materia oscura se encontraría distribuida en halos alrededor de las galaxias, en particular en la nuestra, y las partículas que la constituyen estarían atravesando de forma continua nuestro planeta como si fuera transparente”, explica Marisa Sarsa, investigadora del Laboratorio de Física Nuclear y Astropartículas de la Universidad de Zaragoza. Asimismo, esta investigadora señala que abordar la detección de la materia oscura supone todo un reto experimental, ya que “ninguna partícula del modelo estándar de la Física de Partículas tiene las características adecuadas para ser la materia oscura que buscamos”.

La física teórica trabaja para intentar descubrir las características de estas partículas, por el momento, desconocidas. De este modo, distintos modelos  teóricos ofrecen candidatos para dichas partículas de materia oscura. De forma general, la mayoría de estos candidatos ‘hipotéticos’ se engloban bajo el acrónimo de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles).

Según Marisa Sarsa, la necesidad de incorporar la materia oscura como un ingrediente esencial de nuestro Universo surge por una acumulación de evidencias observacionales, obtenidas mediante una gran variedad de técnicas y correspondientes a distintas etapas de la evolución del Universo. Algunas de ellas son:

·         las estrellas y nubes de gas en los brazos de las galaxias espirales tienen velocidades de rotación muy superiores a las que permite explicar la materia visible en esas galaxias;

·         los cúmulos de galaxias deberían haberse “evaporado” hace tiempo dada la velocidad que medimos para las galaxias que los constituyen y la temperatura a la que se encuentra el gas que contienen y, sin embargo, son estructuras gravitacionalmente estables;

·         la observación de los resultados de la colisión de dos cúmulos de galaxias en sus componentes de gas y de materia oscura (en el denominado “bullet cluster”) ha puesto en evidencia la distinta naturaleza de ambas componentes: la materia oscura es algo diferente de la materia convencional, siendo sus interacciones extremadamente débiles.

Velocidad de rotación de las estrellas esperada y observada en función de sus distancias al centro galáctico

Ahora, si decimos que el 25% del Universo lo conforman materia ordinaria y materia oscura, ¿qué es todo lo que nos falta? Lo que sabemos  por observaciones recientes es que el Universo se está expandiendo de forma acelerada en el momento actual. “Esto se asocia a la existencia de un 75% de lo que se denomina ‘energía oscura’ en la composición actual del Universo. Pero no sabemos qué es esa energía oscura, ni cómo se comporta”, dice Alberto Ruiz, Catedrático de Física Atómica, Molecular y Nuclear de la Universidad de Cantabria. Esto significa que, al no entender cómo se comporta gran parte del cosmos, no sabemos qué va a ocurrir con nuestro Universo en el futuro.

“En conclusión -dice Antonio Ferrer-, los nombres de materia oscura y energía oscura, denuncian nuestra ignorancia. Muchos científicos están buscando desesperadamente indicios de esta materia y energía desconocidas. Incluso en el superacelerador de partículas que está en funcionamiento en el CERN (Ginebra), el llamado LHC, hay muchos grupos de investigadores buscando pistas de estos tipos de materia y energía.”

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Víctor Jover @CalleCiencia

Acerca de victorjover
Estudiante de Periodismo y Diplomado en Magisterio apasionado del misterio, la ciencia y la filosofía.

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