MATERIA OSCURA – CUATRO COSAS QUE TAL VEZ NO SABEMOS


                                                  Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago
El trabajo de Kathryn Jepsen en Simetría, entrega una información  actualizada de las cosas que debemos conocer de uno de los misterios más grandes de la física de partículas: La Materia Oscura.
¿Que es la Materia Oscura? La materia oscura es una forma extraña de la materia, a pesar de tener masa, no interactúa con los objetos que conocemos, pasando directamente a través de nuestros cuerpos. Se le llama materia oscura debido que para los seres humanos es invisible.
¿Cómo sabemos que existe? Sabemos de su existencia debido que por tener masa, la materia oscura ejerce una atracción gravitatoria; haciendo que las galaxias y cúmulos de galaxias se desarrollen y mantengan juntos. Si no fuera por la materia oscura, nuestra galaxia – La Vía Láctea – no existiría como la conocemos y la vida humana no se habría desarrollado.
La materia oscura es cinco veces más abundante que toda la materia del universo detectada hasta ahora. Los datos obtenidos por el satélite Planck,   permitieron determinar la composición del universo como sigue:
73,0%  de energía oscura
23,0%  de materia oscura
  3,6%  de gas intergaláctico
  0,4%  de materia ordinaria visible [átomos, etc., todo lo que se ve]
El 23% de materia oscura es invisible para los instrumentos, se le conoce solo por su accionar gravitatorio que ejerce sobre la materia normal y el 73% de energía oscura, es la que provoca  la expansión del universo.
Lo que sea la materia oscura, no está hecha de cualquiera de las partículas detectadas en los experimentos efectuados hasta el momento. Los físicos no han sido capaces de observar las interacciones que la materia oscura pueda tener, en niveles muy débiles, con la materia normal.
Parece existir en grupos en todo el universo, formando una especie de andamio en el cual la materia visible se une permitiendo que las galaxias mantengan su estructura.
La naturaleza de la materia oscura es desconocida, pero los físicos han sugerido que, al igual que la materia visible, se compone de partículas.
La materia oscura aparece periódicamente en los medios de comunicación, en especial, cuando un experimento ha detectado una potencial señal de ella.
Los siguientes cuatro hechos, que  tratan incluso de conseguirle velocidad a la materia oscura, son  uno de los temas más apasionantes de la física de partículas.
1 La Materia Oscura ya fue descubierta
 
En la década de 1930, el astrofísico Fritz Zwicky  al observar las rotaciones de las galaxias que forman el Cúmulo de Coma, un grupo de más de 1.000 galaxias situadas a más de 300 millones de años luz de la Tierra, calculó la masa de estas galaxias, basado en la luz que emiten. Su sorpresa fue grande al comprobar que si su estimación era correcta, a la velocidad a la que las galaxias se movían, deberían haber volado en pedazos. De hecho, el grupo necesitaba por lo menos 400 veces la masa que había calculado, para mantenerse unida. Algo misterioso, una materia “oscura” invisible parecía estar agregada a la masa de las galaxias.
La idea de  la materia oscura fue ignorada hasta la década de  1970, cuando la astrónoma Vera Rubin vio algo que le permitió pensar igual que su colega Zwicky. Ella estudiaba la velocidad de las estrellas que se mueven alrededor del centro de la galaxia de Andrómeda; ella anticipa que las estrellas en el borde de la galaxia se mueven más lentamente  que las de su eje; porque las estrellas más cercanas a la brillante y más masivo cúmulo de estrella del centro, se sentiría el tirón gravitatorio. Sin embargo, encontró que las estrellas en los márgenes de la galaxia se movían  tan rápidamente como las del medio.
Todo tendría sentido, pensó Rubin, si el disco de las estrellas visibles estaba rodeado de un halo más grande hecho de algo, que ella no podía ver, algo así como una “materia oscura”.
Más adelante, otras observaciones astronómicas confirmaron que algo extraño estaba pasando con la forma en que las galaxias y el movimiento de la luz que se apreciaban a través del espacio, favorecía la idea de que existía una falla en la comprensión de la gravedad.
Aún siendo invisible, fortaleció la idea de la existencia de una materia oscura, porque se veían sus efectos.
2 – Posiblemente se ha observado la materia Oscura.
 

 Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago

Varios experimentos están en busca de la Materia Oscura y algunos de ellos pueden hasta haberla encontrado; el problema radica en que ningún  experimento ha sido capaz de confirmar a la comunidad científica; ya sea mediante estadísticas o la imposibilidad de descartar las posibles explicaciones alternativas.
El experimento DAMA [Dark Matter], un detector de materia oscura enterrado en la montaña Gran Sasso de Italia, vio en 1998 un patrón muy prometedor.
La velocidad a la que el experimento detectó éxitos de posibles partículas de materia oscura, ha cambiado en el trascurso de los años a su punto máximo en junio y de inmersión a su punto más bajo en diciembre. Esto fue exactamente lo que los científicos de DAMA estaban buscando. Nuestra galaxia está rodeada por un halo de materia oscura, la Tierra está en constante movimiento a través de ése halo de su órbita alrededor del Sol, y el Sol está en constante movimiento a través de la materia oscura en su órbita alrededor del centro de la Vía Láctea. Durante la mitad del año, la Tierra se mueve en la misma dirección del Sol; durante la otra mitad, se está moviendo en la dirección opuesta. Cuando la Tierra y el Sol se mueven en tándem, su velocidad combinada a través del halo de materia oscura en más rápida que la velocidad de la Tierra cuando ella y el Sol  están en disconformidad. Por lo tanto, los resultados de DAMA parecían revelar que la Tierra realmente se mueve a través de un halo de materia oscura.
Existen lagunas, puede existir algo distinto a la materia oscura, algo puede estar cambiando en el entorno cercano, pero el experimento, hoy llamado DAMA/LIBRA  no ha dejado de ver esta modulación anual. Por lo tanto, aún no hay nada concluyente que indique el descubrimiento de la materia oscura.
El experimento PAMELA, un satélite orbital que estudia la materia oscura, detectó un exceso de positrones [un posible resultado de partículas de materia oscura que colisionan y se aniquilan entre sí]  en el presente año 2013; el experimento AMS-02adjunto a la Estación Espacial Internacional [ISS sus siglas en inglés] encontró un resultado similar pero más certero; pero los científicos no están conformes por cuanto los positrones podrían provenir de púlsares.
3 Puede haber varias clases que componen el todo de un sector oscuro.
 

 Imagen: Ilustrado por Estudio Sandbox, Chicago

 Los científicos han logrado varios modelos de lo que podría ser la materia oscura; el principal candidato es el WIMP, una partícula hipotética masiva de interacción débil que podría explicarla. Otras posibilidades incluyen partículas convenientemente ya previstas en los modelos de la supersimetría. También los científicos están buscando partículas de materia oscura llamada axiones.
Los axiones son partículas fundamentales cuya existencia, aunque no demostrada, está fuertemente motivada por aspectos problemáticos de las actuales teorías de partículas.
El axión explicaría de manera natural porque la materia y antimateria tienen propiedades tan parecidas y podría explicar el porque el universo esta lleno de materia y no de antimateria; por otro lado,  ese 23% de “materia oscura” tan buscada, que además de invisible es un tipo de materia no convencional, podría estar compuesta por axiones producidos en enormes cantidades  después del Big Bang.
No hay ninguna razón de porque debe haber un solo tipo de partícula de materia oscura.
La materia visible, todo lo que vemos,  conformada por quarks, gluones y electrones y que están junto a un gran surtido de partículas y fuerzas fundamentales como ser: fotones, neutrinos y los bosones de Higgs, solo representan  un 4% del universo, el resto es materia oscura en un 23% y energía oscura el 73% restante.
Los científicos siguen buscando la luz de las partículas de materia oscura predichas en los modelos que existen en este momento.
4 – Es probable que podamos observar la materia oscura en la próxima década.
 

 Imagen: Ilustrado por Estudio  Sandbox, Chicago

Son tiempos excitantes y emocionantes de quienes buscan la materia oscura; muchos científicos predicen que la  tendremos en nuestras manos durante la próxima década.
Las opciones son varias:
-Se podría detectar directamente, lo que implicaría lograrlo mediante un gran experimento, mediante un sensible laboratorio instalado bajo tierra, lo más libre posible del potencial de interferencia de otras partículas.
-Encontrarla  observándola indirectamente por los efectos de la materia oscura con experimentos basados en el espacio. En la actualidad los experimentos en desarrollo se centralizan en los satélites y la Estación Espacial Internacional.
-Encontrar materia oscura mediante un acelerador como el Gran Colisionador de Hadrones [LHC]. Es posible que cuando dos haces de partículas colisionen en el LHC, su energía se convertirá en masa, formando materia oscura.
Pero a pesar de todo, es posible que la materia oscura esté fuera del alcance de los seres humanos, quienes no podrían detectarla o producirla. De suceder esta opción, puede que los científicos necesiten una nueva manera de buscarla, o tengan que reconsiderar lo que saben acerca de la gravedad.
El desafío es grande, el tiempo nos lo dirá.

Fuente: Simetría / Instituto Kavli para la Astrofísica de Partículas y Cosmología [Marusa Bradac] / Wikipedia / CPAN / People Roma2 / et al.

Ilustraciones: Symmetry-Estudio Sandbox – Chicago
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