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CIENCIA. ¿Qué es la Materia Oscura del Universo?

 

Los científicos no están realmente seguros de qué es la materia oscura y algunos expertos se preguntan si existe.

La materia oscura es una sustancia misteriosa no luminosa que constituye la gran mayoría de la materia del universo. Aunque los expertos han observado los efectos gravitacionales de la materia oscura durante décadas, los científicos siguen desconcertados sobre su verdadera naturaleza. 

¿Quién descubrió la materia oscura?

A finales del siglo XIX, los astrónomos comenzaron a especular sobre material invisible, ya sea estrellas tenues o gas y polvo, esparcidos por todo el universo. Los investigadores incluso habían comenzado a estimar su masa, según una revisión de 2018 en la revista Reviews of Modern Physics . La mayoría pensaba que esta misteriosa sustancia era un componente menor de la masa total del cosmos.

No fue hasta 1933 que el astrónomo suizo-estadounidense Fritz Zwicky notó que las galaxias distantes giraban unas alrededor de otras mucho más rápido de lo que debería ser posible dada su materia visible vista en telescopios. "Si esto se confirma, obtendríamos el sorprendente resultado de que la materia oscura está presente en una cantidad mucho mayor que la materia luminosa", escribió en un artículo publicado en la revista Helvetica Physica Acta ese año. 

Pero muchos en el campo se mantuvieron escépticos sobre los resultados de Zwicky hasta la década de 1970, cuando los astrónomos Kent Ford y Vera Rubin realizaron estudios detallados de estrellas en las regiones exteriores de la vecina galaxia de AndrómedaEstas estrellas estaban orbitando el núcleo galáctico demasiado rápido, casi como si algún material invisible tirara gravitacionalmente de ellas y las empujara, una observación que los científicos pronto notaron en las galaxias de todo el universo. 

Los investigadores no tenían idea de en qué consistía esta masa invisible, y algunos astrónomos especulaban que la materia oscura estaba formada por pequeños agujeros negros u otros objetos compactos que emitían muy poca luz para aparecer en los telescopios. Los resultados se volvieron aún más extraños en la década de 1990, cuando un telescopio espacial llamado Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) mostró que esta materia oscura pesaba cinco a uno sobre la materia visible ordinaria, según la NASA .

Por qué la materia oscura sigue siendo un misterio

Los estudios con telescopios nunca pudieron encontrar suficientes objetos pequeños y compactos para explicar esta enorme profusión de material. La mayoría de los astrónomos modernos piensan que la materia oscura probablemente consiste en partículas subatómicas con propiedades que son bastante diferentes de los protones y neutrones más familiares. 

El candidato reinante para la materia oscura se llama partícula masiva de interacción débil o WIMP. Estas entidades especulativas no se encuentran en el Modelo Estándar de física de partículas, que describe casi todas las partículas y fuerzas. Los WIMP serían más similares al neutrino fantasmal, excepto que pesarían de 10 a 100 veces más que un protón. (Se desconocen las masas exactas de los neutrinos, pero son mucho más ligeras que los electrones). 

Al igual que los neutrinos, los WIMP solo interactuarían con dos de las cuatro fuerzas fundamentales del universo: la gravedad y la fuerza nuclear débil , que media la desintegración de los núcleos atómicos radiactivos. Estas partículas de materia oscura serían eléctricamente neutras, lo que significa que no interactuarían con el electromagnetismo, la base de la luz, y por lo tanto permanecerían invisibles. 

Los físicos han construido detectores enormes y los han colocado bajo tierra para protegerlos de los rayos cósmicos interferentes en sus esfuerzos por detectar WIMP, pero hasta ahora ningún experimento ha descubierto evidencia de ellos. En los últimos años, este fracaso ha llevado a algunos en el campo a comenzar a preguntarse si se han encaminado a una persecución de partículas salvajes sin un final real. 

Por lo tanto, algunos científicos están dirigiendo su atención a un candidato de materia oscura más nuevo llamado axión, que sería una millonésima o incluso una mil millonésima de la masa de un electrón, según se recoge en los Proceedings of the National Academy of ScienceEstas partículas hipotéticas son particularmente atractivas para los investigadores porque también podrían resolver otro problema destacado de la física, interactuando potencialmente con neutrones para explicar por qué pueden sentir campos magnéticos pero no eléctricos. 

En junio de 2020, los miembros del experimento XENON1T con sede en el Laboratorio Nacional Gran Sasso en Italia, un detector construido originalmente para intentar capturar WIMP, anunciaron que habían encontrado una señal pequeña pero inesperada que podría explicarse por la presencia de axiones. Los resultados conmocionaron a la comunidad científica, pero aún no han sido confirmados por otros experimentos. 

¿Existe realmente la materia oscura?

Esto significa que los investigadores todavía están rascándose la cabeza sobre qué es la materia oscura. Algunos teóricos se han preguntado si existe todo un sector oscuro del universo, con múltiples partículas e incluso fuerzas oscuras que solo afectan a la materia oscura, similar a la complejidad subatómica vista en el cosmos visible.

Al mismo tiempo, una minoría de científicos cree que la materia oscura es un espejismo. Se suscriben a una idea conocida como versión modificada de la inercia, o MOND, que conjetura que a gran escala, la gravedad actúa de forma diferente a lo esperado y esto explica las rotaciones observadas de estrellas y galaxias. Pero la mayoría de los expertos no están convencidos de la necesidad de tomar una desviación tan radical de la física conocida, que también requeriría modificaciones en nuestra comprensión de gran parte de la realidad. 

La materia oscura no está, que nadie sepa, relacionada con la energía oscura, otro fenómeno misterioso responsable de acelerar la expansión del cosmos. Los dos simplemente comparten la palabra "oscuro", que los científicos suelen utilizar como marcador de posición para las cosas que no comprenden del todo. 

Para saber más: 

- Lea más sobre la materia oscura en Educación de la NASA . 

- Obtenga más información sobre la diferencia entre la materia oscura y la energía oscura, de NASA Science . 

- Vea esta grabación de una conferencia pública impartida por el físico del Fermilab Dan Bauer, que explica qué es la materia oscura y por qué es importante. 


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