La Materia Oscura

Durante los primeros 150 millones de años después del Big Bang, no había galaxias, estrellas ni planetas. El universo no tenía rasgos distintivos.

This image provided by the Illustris Collaboration in May 2014 shows dark matter density overlaid with the gas velocity field in a simulation of the evolution of the universe since the Big Bang. The new computer simulation that reproduces features — such as galaxy distribution and composition — more accurately than previous ones is described in the Thursday, May 8, 2014 issue of the journal Nature. Previous attempts have broadly reproduced the web of galaxies, but failed to create mixed populations of galaxies or predict gas and metal content. The new model correctly predicts characteristics described in observational studies, and represents a considerable step forward in modeling galaxy formation. (AP Photo/Illustris Collaboration)
Simulación por computadora mostrando un momento en la evolución de Universo. En azul la materia visible. En rojo/amarillo, la materia oscura. Cabe destacar que si en la simulación no se coloca materia oscura, no se forman galaxias….

Con el paso del tiempo, las primeras estrellas se formaron. Estrellas dentro de galaxias. Las galaxias comenzaron a agruparse. Estos cúmulos están formados por las galaxias y todo el material entre ellas.

Alguna fuerza debe mantener a nuestro sistema solar, galaxias y cúmulos de galaxias juntos. Y la gravedad es ese “pegamento”.

En algunos cúmulos, el espacio entre galaxias está lleno de gas tan caliente, que los científicos no pueden verlo usando telescopios de luz visible. El gas sólo puede ser visto en rayos X o rayos gamma. Haciendo estas observaciones, descubrieron que debe haber cinco veces más material en los cúmulos que lo que podemos detectar. La materia invisible que no podemos detectar es llamada “materia oscura”.

El astrónomo suizo Fritz Zwicky utilizó por primera vez el término “materia oscura” en los años treinta. Estudió el llamado cumulo de galaxias Coma y, específicamente, la velocidad con la que gira. La velocidad que midió implicó que el cumulo tenía mucha más masa que lo visible.

En la década de 1970, la astrónoma estadounidense Vera Rubin y sus colegas confirmaron este resultado estudiando la rotación de las galaxias. También descubrieron que las galaxias solas, tienen más masa de lo que su luz visible sugiere. El trabajo de Rubin y su equipo ayudaron a establecer firmemente la noción de materia oscura.

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Curva de rotación de una galaxia. En rojo, la predicción de velocidad si no existiera la materia oscura. (Kepleriana). En verde, lo que se observa realmente. La explicación es que existe materia no visible que da masa, alrededor de la galaxia: la Materia oscura.

De muchas maneras, los científicos saben más acerca de lo que la materia oscura no es, aunque tienen algunas ideas sobre lo que podría ser.

La materia oscura posiblemente podría ser enanas marrones, estrellas “fallidas” que nunca se encendían porque carecían de la masa necesaria para comenzar a quemarse. La materia oscura podría ser enanas blancas, los restos de núcleos de estrellas muertas de tamaño pequeño a mediano. O la materia oscura podría ser estrellas de neutrones o agujeros negros, los restos de grandes estrellas después de que exploten.

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La composición que creemos tiene el universo.

Sin embargo, existen problemas con cada una de estas sugerencias. Los científicos tienen pruebas sólidas de que no hay suficientes enanas marrones o enanas blancas para explicar toda la materia oscura. Los agujeros negros y las estrellas de neutrones, también, son raros.

La materia oscura podria estar compuesta por materia que no conocemos.

Debido a que los científicos no pueden ver directamente la materia oscura, han encontrado otras formas de investigarlo. Podemos usar maneras indirectas de estudiar cosas, como mirar una sombra y hacer una conjetura educada sobre lo que está echando la sombra. Una forma en que los científicos estudian indirectamente la materia oscura es mediante el uso de lentes gravitacionales.

La luz de una galaxia distante, se ve "doblada" por la gravedad de un cumulo de galaxias, antes de llegar a la Tierra. Esta distorsion se denomina lente gravitacional. Segun cuanto se curva la luz, puede calcular la masa del cumulo.
La luz de una galaxia distante (galaxy), se ve “doblada” por la gravedad de un cumulo de galaxias (galaxy cluster), antes de llegar a la Tierra (Earth). Esta distorsión se denomina lente gravitacional. Según cuanto se curva la luz, puede calcular la masa del cumulo. Se ven claramente doblados dos rayos de luz de la galaxia, en naranja.

La luz que pasa a través de una lente gravitacional es similar a la luz que pasa a través de una lente óptica: Se dobla. Cuando la luz de estrellas lejanas pasa a través de una galaxia o racimo, la gravedad de la materia presente en la galaxia o racimo hace que la luz se doble. Como resultado, la luz parece que viene de algún otro lugar en lugar de su origen real. La cantidad de flexión ayuda a los científicos a aprender sobre la materia oscura presente. Muchos científicos de la NASA usan el Telescopio Espacial Hubble para observar las lentes gravitacionales.

Además de estas formas indirectas, los científicos de la NASA piensan que tienen una manera directa de detectar la materia oscura usando el Telescopio Espacial de Rayos Gamma de Fermi. Este telescopio mira a los rayos gamma, la forma de energía más alta de la luz. Cuando dos partículas de materia oscura se estrellan entre sí, pueden liberar rayos gamma. El Telescopio Fermi podría, en teoría, detectar estas colisiones, que aparecerían como una explosión de un rayo gamma en el cielo. Debido a que Fermi no ha estado en el espacio mucho tiempo, los científicos aún no tienen suficientes datos para sacar conclusiones.

Eso es lo que hace que la materia oscura sea emocionante: sigue siendo uno de los grandes misterios de la ciencia.