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Nubes buscando la materia oscura

Seguro que muchas veces has oído hablar de la materia oscura. ¿Pero realmente sabes qué es? En su clase magistral, el físico cántabro Pablo Martínez Ruíz del Árbol nos acerca el apasionante mundo de la Física de Partículas y los actuales desafíos de esta ciencia, como el descubrimiento del Bosón de Higgs o la materia oscura.

La materia que podemos ver con nuestros ojos, desde el polen hasta las estrellas y galaxias, no es más que el 15% de la masa total que hay en el universo. El 85% restante es lo que se denomina materia oscura. A pesar de la abrumadora evidencia de la observación de los efectos gravitacionales, la naturaleza de la materia oscura y su composición se mantienen desconocidas.

Durante miles de años, la astronomía se ha centrado en la luz. Los astrónomos han estudiado la luz de estrellas distantes, galaxias, planetas y otros objetos en el espacio. Sin embargo, durante las últimas décadas, los físicos se han dado cuenta de que los objetos celestes que emiten cualquier tipo de luz constituyen solo una pequeña fracción del universo.

El resto del universo está hecho de material invisible que no emite, refleja ni absorbe ningún tipo de radiación electromagnética. Esta “materia oscura” domina galaxias, que constituyen aproximadamente el 90% de la masa de cada galaxia en el universo. Sin ella, las galaxias (incluida la nuestra) sería inherentemente inestable y se desmoronaría rápidamente.

Además de ser uno de los temas más importantes en física hoy, el tema de la materia oscura también es muy accesible. Este paquete introduce la materia oscura utilizando el conceptos de gravitación universal y circular uniforme movimiento

Lente gravitacional

Algunas de las pruebas más convincentes de la materia oscura provienen de un fenómeno conocido como lente gravitacional. Einstein predijo esto en su teoría de la relatividad. La teoría predice que las grandes masas en el espacio exterior, como los cúmulos de galaxias, desvían la luz que viaja cerca de ellos. Entonces, cuando la luz de una estrella distante pasa por una gran masa, su camino se distorsiona por gravedad. La lente gravitacional se observó por primera vez de forma experimental en 1919 cuando el físico Arthur Eddington observó que la luz de una estrella distante era doblada por el Sol.

Pablo Martínez Ruíz del Árbol nos cuenta sobre la materia oscura y las galaxias

Triángulo

En 1967, Vera Rubin observó que las estrellas dentro de la galaxia de Andrómeda había velocidades orbitales superiores a las esperadas. Los físicos también han observado lo mismo fenómeno en la cercana galaxia del Triángulo. Midiendo las velocidades orbitales de las estrellas dentro Triángulo y usando la fórmula los físicos han calculado que la masa de esta galaxia dentro de un radio de r = 4.0 × 1020 m es equivalente a 46 mil millones de soles.

Sin embargo, midiendo el brillo de Triangulum, también han calculado que su masa dentro de un radio de r = 4.0 × 1020 m es equivalente a 7 mil millones de soles. La discrepancia entre estos dos resultados implica que hay 39 mil millones de soles invisibles masa dentro de Triangulum. Esta masa invisible se llama “materia oscura”. Los físicos han observado muchas otras galaxias y la mayoría ahora está convencida de que, en promedio, la materia oscura representa el 90% de la masa de
cada una de las galaxias del universo.

La materia oscura sigue siendo un misterio

Los físicos también tienen evidencia independiente para la existencia de materia oscura a partir de observaciones de imágenes distorsionadas de galaxias distantes (lente gravitacional). Aunque nadie sabe qué es la materia oscura, los físicos actualmente tienen varias teorías. Una de las primeras teorías de la materia oscura fue que consta enteramente de celestes compactos como planetas, estrellas enanas y agujeros negros. Observaciones cuidadosas han descartado esta teoría. La mayoría de los físicos de hoy piensan que la materia oscura es hecho de un tipo de partícula subatómica que, hasta ahora, nunca se ha detectado en el laboratorio.

Los dos candidatos principales son débilmente interacción de partículas masivas (WIMP) y axiones. Numerosos experimentos que intentan detectar una de estas partículas actualmente están en marcha en todo el mundo. Como los físicos aún no saben de qué está hecha la materia oscura no conocen la composición de una gran fracción del universo.


ACERCA DEL AUTOR

Pablo R. del Árbol

Pablo Martínez Ruiz del Árbol es Doctorado en la calibración y construcción del detector CMS (Solenoide Compacto de Muones) situado en el LHC (Gran Colisionador de Hadrones) del CERN en Ginebra, Suiza.