¿Qué pasa con la materia oscura?

Esta semana se celebró el día de la materia oscura. Por ello, hemos preparado un especial con todo lo que hemos aprendido sobre ella en los últimos tiempos. Desde qué es, por qué es importante, hasta lo que nos espera sobre ese algo que sabemos que existe pero aun no sabemos definir, como bien ha dicho Neil deGrasse Tyson.

Qué es la materia oscura

El universo está compuesto por galaxias, estrellas, planetas, cometas, agujeros negros, y asteroides que hoy pueden ser localizados con facilidad desde la Tierra. Pero hay una enorme parte que se mantiene escurridiza y que ni siquiera se sabe bien de qué se trata. Es la materia oscura, que forma el 27% del universo y afecta el surgimiento y la rotación de las galaxias. Sin galaxias, no habría estrellas. Sin estrellas, no habría planetas. Y sin planetas, no habría vida.

De qué está compuesta

El modelo cosmológico más aceptado actualmente plantea que la conformarían partículas con una vida media muy larga, que sean “pesadas” y, obviamente, que no interactúan electromagnéticamente. Hay varias partículas candidatas que serían parte de la materia oscura. Hasta ahora ninguna de las partículas que se han postulado es totalmente adecuada. Los neutrinos tienen el problema de que por su masa serían candidatos a materia oscura caliente o tibia. Las candidatas todavía en carrera son las llamadas Partículas Masivas que Interactúan Débilmente, más conocidas por su sigla en inglés WIMPs.

Si no se puede ver ni tocar, cómo se piensa detectarla

Hay distintas maneras para intentar “medir” o detectar la materia oscura. Nuestra galaxia, la Vía Láctea, está inmersa en un halo de materia oscura. Al usar detectores especiales, podría lograrse la detección directa de materia oscura. Este tipo de experimento está en minas en desuso a mucha profundidad, y constan de tanques con gases nobles. Estos experimentos esperan poder detectar el sutil paso de una partícula de materia oscura por ellos. Pero aun no se ha obtenido datos comprobadamente fuera del error y reproducibles.

Uno de ellos es el detector LUX-Zeplin (LZ), una colaboración internacional en el Laboratorio Berlekey (EEUU). Otro es el Gran Colisionador de Hadrones, y está también el Xenon Dark Matter Search Experiment (detalles más abajo). Puedes ver más detalles sobre estos experimentos en este artículo, además de algunas teorías que le siguen el rastro.

En los últimos tiempos, numerosas publicaciones que dan cuenta de una forma de detección indirecta: la señal de aniquilación de partículas de materia oscura. Para identificar esa señal, los estudios apuntan al centro de la Vía Láctea, o bien hacia galaxias enanas, cuya composición estaría dominada por materia oscura. Están también los análisis sobre el exceso de radiación gamma detectados por el Fermi-LAT. Aquí, más información sobre esas teorías aun en debate.

Quién la “descubrió”

Fue Vera Rubin, quien hoy tendría 89 años. Muchos coinciden en que la científica mereció el Nobel por demostrar la existencia de la materia oscura. Actualmente, el máximo premio solo lo han obtenido dos mujeres desde 1901: Marie Curie y Maria Goeppert Mayer. En 1974, Rubin descubrió que las estrellas en los bordes de las galaxias se movían más rápido de lo esperado. Los cálculos de gravedad, que realizó utilizando solo materia visible en las galaxias, mostraron que las estrellas exteriores debían moverse más lentamente. En su opinión, las estrellas más externas giraban demasiado rápido como para que la gravedad fuera todo lo que mantuviese la galaxia unida, y eso significaba que tenía que haber al menos diez veces más materia oscura, una masa que no emite luz, que materia visible. De sus cálculos provinieron los actuales estimados: actualmente, se conoce que el 27% del universo está formado por esta materia invisible, y solo un 5% por materia visible. En este artículo, puedes leer la biografía de Rubin.

Ya la han mapeado, y con gran detalle

^{Mapa de la materia oscura realizada a partir de medidas de lente gravitacional de 26 millones de galaxias. El mapa cubre aproximadamente una trigésima parte de todo el cielo y abarca varios miles de millones de años luz en extensión. Las regiones rojas tienen más materia oscura que la media; las regiones azules, menos. 
Universidad de Chicago / DES.}

Una investigación en el marco del proyecto activo del Observatorio de la Energía Oscura (DES, por sus siglas en inglés) produjo el más grande y más detallado mapa de la estructura de la materia oscura que existe hasta el momento. Las nuevas medidas no solo reafirman la noción de que el 26% del universo está hecho de esta cosa misteriosa. Resulta también que su distribución es mucho menos densa de lo que se estimaba. Si esto último se confirma, se abrirán nuevos horizontes en el estudio de la materia oscura.  Desde el 2013, el equipo internacional detrás del DES ha efectuado un escaneo a profundidad de aproximadamente ⅛ del cielo nocturno en un esfuerzo por recolectar información de unos 300 millones de galaxias a miles de millones de años luz de la Tierra, todo para entender qué realmente es la materia oscura. En este artículo encontrarás más detalles sobre el mapa.

Salieron primeros resultados de su detector más sensible, aunque aun es poco

En mayo, se supo que el proyecto de colaboración XENON ha concluido con el procesamiento de los primeros datos recabados por el nuevo detector ultrasensible de materia oscura, el XENON1T. La primera etapa de la toma de muestra duró 34 días y concluyó antes de lo previsto debido al terremoto de enero del presente año en Italia, país en donde se encuentran las instalaciones del estudio. Pese a todo, la muestra recolectada durante esos días fue considerada por los científicos suficiente como para actualizar el cálculo que se tiene de la posible dispersión de materia oscura en los nucleones del experimento. Aquí, los detalles y ansiados resultados del experimento.

Lo último: el modelo actual de materia oscura es puesto en cuestión

Usando el Telescopio Espacial Hubble, astrónomos de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, Suiza), han descubierto que las galaxias más brillantes dentro de los cúmulos de galaxias se tambalean en relación con su centro. Este hallazgo, según los científicos, es un "resultado inesperado" que no se sostiene con las predicciones hechas por el modelo estándar actual de la materia oscura. Más detalles sobre las conclusiones, resultado del análisis de 10 cúmulos de galaxias, en este artículo.

¿Por qué es tan importante saber de ella, una vez más, si no se puede ver ni tocar?

Para comprender las dinámicas del universo: el movimiento de los cuerpos celestes, la inercia, el big bang. Todo tiene su explicación con la presencia de la materia oscura. Conocer de forma mejor y más cercana el universo que nos rodea es el objetivo primordial.

Daniel Meza
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