La Materia Oscura

Hola nuevamente futuros científicos y aficionados a la ciencia ¿Cómo han estado? Ojala que muy animados de ponernos a usar nuestra imaginación en este blog. Ahora desarrollaré un tema que para muchos no es tan claro como su propio nombre lo dice, Materia Oscura, y veremos qué es, dónde se encuentra, cómo está compuesta y diversas preguntas más.

Antes de comenzar una explicación más profunda hay que responder una pregunta simple, ¿Qué es la Materia Oscura?

La Materia Oscura es una hipotética materia que no emite suficiente radiación electromagnética para ser detectada con la tecnología actual pero cuya existencia se puede deducir a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, es decir la fuerza que hace que objetos estelares tales como las estrellas o las galaxias se muevan en cierta dirección o a cierta velocidad y esta no se debe confundir con la Energía Oscura, ya que son dos cosas totalmente distintas. Para tener una idea más clara se ha descubierto que en todo el universo observable la Energía Oscura ocupa el 74% y la Materia Oscura el 22% (esto debido a la fórmula de Einstein E=mc2 en donde para que exista tal cantidad de Materia Oscura debe existir casi 3 veces más Energía Oscura), mientras que el restante 4% se lo reparten, en su gran mayoría, nubes de gas y estrellas, con lo que nos deja tan solo una pequeña fracción para la materia ordinaria que conocemos. Eso nos hace pensar que tan poco conocemos nuestro universo y que tan pequeños somos.

La Materia Oscura fue propuesta por Fritz Zwicky (1898-1974) en 1933 ante la evidencia de una "masa no visible" que influía en las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos y  también desempeña un papel central en la formación de estructuras y en la evolución de galaxias, es decir tenía que haber “algo” que hacía que estas galaxias se aceleraran. 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, es por eso que es llamado "el componente de materia oscura". También podemos decir que su composición es desconocida aún para nosotros pero se tiene una idea de que podría estar compuesta por Neutrinos ordinarios y Partículas Elementales.

Ya habiendo aclarado qué es la Materia Oscura ahora habría que pensar ¿De qué está compuesta y cómo se puede “ver” la Materia Oscura?

Contestando la primera parte de la pregunta, hasta el momento el punto de vista más aceptado es que la Materia Oscura es ,principalmente, No-Bariónica, es decir que está compuesta de una o más Partículas Elementales (Leptones y Quarks) distintas de las normales electrones, protones, neutrones y los neutrinos conocidos. Las partículas propuestas más comunes son los axiones, neutrinos estériles y WIMPs (partículas masivas de interacción débil, incluyendo neutralinos) pero ninguna de estas es parte del modelo estándar de física de partículas, pero pueden aparecer en ampliaciones del modelo estándar. Han sido llevadas a cabo búsquedas experimentales de estos candidatos a materia oscura y aún continúan.

Contestando a la segunda parte de la pregunta podemos decir que para ver la Materia oscura se puede dividir en dos grandes categorías: Detección Directa en los que las partículas de materia oscuras se observan en un detector, es decir que en un laboratorio subterráneo los investigadores enfrían Germanio (Ge) y Silicio (Si) a temperaturas extremadamente bajas (cerca del cero absoluto, es decir, -273,15 grados Celsius). Este ambiente frío es ideal para detectar partículas de Materia Oscura directamente. Si una partícula pasa a través de dicho ambiente, impactando un núcleo atómico frío, libera carga y calor que los científicos pueden detectar con instrumentos súper sensibles. Estos experimentos detectan tres eventos que podrían sugerir una partícula masiva de interacción débil, o WIMP (“weakly interacting massive particle”), que pasó a través del experimento. Las WIMPs son un posible candidato para explicar la materia oscura, que no emite luz, pero interactúa con el Universo a través de su gravedad. No obstante, las señales detectadas podrían también ser fluctuaciones estadísticas, es por ello que los científicos esperarían ver tres o más de estos eventos tipo WIMP el 5,4% del tiempo debido simplemente a fluctuaciones aleatorias en el experimento. Pero las fluctuaciones detectadas por el experimento se encuentran en un rango similar de energía, lo que hace menos probable que sea un evento aleatorio.

Y la Detección Indirecta que busca los productos de aniquilaciones de materia oscura, es decir que en lugar de buscar directamente las partículas de materia oscura, los investigadores tratan de detectar otras partículas (neutrinos, fotones, etc.) producidas como consecuencia de la aniquilación de las propias partículas de materia oscura en el Universo en restos de Supernovas, Estrellas muertas o en Galaxias antiguas.

Por último hay que recalcar el ¿Porqué existe Materia Oscura?

Estimaciones basadas en los efectos gravitacionales de la cantidad de materia presente en el Universo sugieren, consistentemente, que hay mucha más materia de la que es posible observar directamente. Además, la existencia de materia oscura resolvería varias inconsistencias en la teoría del Big Bang, ya que se cree que la mayoría de la masa del Universo existe en esta forma. Determinar cuál es la naturaleza de la materia oscura es el llamado "problema de la materia oscura" o "problema de la masa desaparecida" y es uno de los más importantes de la cosmología moderna.

La cuestión de la existencia de la materia oscura puede parecer irrelevante para nuestra existencia en la Tierra pero el hecho de que exista o no afecta al destino último del Universo y, por ende, el nuestro propio a largo plazo. Se sabe que el Universo está expandiéndose, por el corrimiento al rojo que muestra la luz de los cuerpos celestes distantes. Si no hubiera materia oscura, esta expansión continuaría para siempre, es decir, si la actual hipótesis de la materia oscura es correcta, y dependiendo de la cantidad de materia oscura que haya, la expansión del Universo podría ralentizarse, detenerse o incluso invertirse (lo que produciría el fenómeno conocido como Big Crunch), aunque dudo mucho que fuera a ocurrir esto último. Sin embargo, la importancia de la materia oscura para el destino final del Universo se ha relativizado en los últimos años, en que la existencia de una constante cosmológica y de una Energía Oscura (74% del Universo) parece tener aún mayor importancia. Según las mediciones realizadas en 2003 y 2006 por el satélite WMAP, la expansión del Universo se está acelerando, y se seguirá acelerando debido a la existencia de la Energía Oscura, aunque sin causar una gran catástrofe para todas las especies alrededor del Universo.

Espero les haya gustado el tema acerca de la Materia Oscura. En la siguiente edición de este blog les hablaré sobre las Partículas Sub-Atómicas y el Bosón de Higgs. Nos vemos pronto y recuerden que siempre deben preguntar, indagar y experimentar, nunca dejen de hacerlo porque la ciencia es su amiga.