la materia oscura

El otro día mencioné en Zooglea el comentario de Sean Carroll en Cosmic Variance acerca de la “fama mediática” del asunto Plutón frente a la poca importancia relativa que se ha dado al descubrimiento de la “materia oscura”, teorizada, prevista, discutida pero, hasta ahora, no demostrada; añadía que los datos arrojados por la observación del 1E 0657-56 nos han enseñado algo realmente importante sobre nuestro universo y las fuerzas que en él actúan.

 

Pero, ¿qué es lo recién descubierto? ¿Cómo se ha descubierto? ¿Por qué es importante? El mismo Sean publicó hace unos días este extenso post en Cosmic Variance, que, en mi opinión, es de antología. Aprovechando el “material” que muestra, voy a tratar de responder a las tres preguntitas, eso sí, en un post que va a ocupar lo suyo… Espero que el interés del mismo compense su longitud.

Creo que no hace falta “explicar” que el universo que conocemos es dinámico y que se mantiene y evoluciona merced a la gravedad. Tampoco es nuevo que la teoría gravitatoria más aceptada hasta la fecha es la general de la relatividad de Einstein, que, curiosamente, es una “teoría absoluta”.

Pues bien, resulta que la materia ordinaria (la que a todos nos “suena” con sus partículas elementales y demás parafernalia) no es ni de lejos suficiente para explicar la dinámica universal, razón por la cual surgió la teoría de la “materia oscura” y de la “energía oscura”: una mayor cantidad de materia-energía invisible sí permitiría explicar el comportamiento del universo. Así, la distribución energéticomaterial del universo sería: materia ordinaria sería alrededor del 5% del total universal; la materia oscura (concentrada en regiones densas) sería el 25%, y la energía oscura (distribuida por el espaciotiempo), el 70% restante.

Naturalmente, había una posible explicación alternativa a la de las “oscuridades”: la dinámica newtoniana modificada, teoría que “explicaba” el problema de la rotación de las galaxias sin tener que echar mano de tanta materia oscura.

Como siempre ocurre en la ciencia, la única manera de decidir acerca de la validez de una teoría es la prueba de la misma con resultado positivo. Es obvio que, en cosmología, no es posible la experimentación, por lo que, para probar las teorías es preciso emprender observaciones muy cuidadosas.

Y así llegamos al gran acontecimiento, el importante paso consistente en el resultado obtenido en el cúmulo 1E 0657-56 (esta es la nota de prensa y este, un artículo del Chandra Chronicles).

El citado cúmulo, conocido como Bullet Cluster (“cúmulo Bala”) está formado, en realidad, por dos cúmulos de galaxias que en época relativamente reciente (a escala cosmológica) se han cruzado, “atravesándose” mutuamente y es uno de los cúmulos más calientes que se conocen. La inmensa mayoría de la materia ordinaria (en torno al 90%) de un cúmulo no está en las galaxias mismas, sino en el gas intergaláctico que emite rayos X. Cuando ambos cúmulos se cruzaron, el gas caliente de cada uno chocó con el gas del otro, mientras que las galaxias y la materia oscura (que se supone que no interacciona con la ordinaria) se cruzaron sin más. Esta es una animación mpeg que muestra lo que parece que ocurrió.

El “sueño” de los astrofísicos para demostrar la existencia de la materia oscura era conseguir “borrar del mapa” la materia ordinaria, con el fin de observar el comportamiento de la materia oscura: los fenómenos gravitatorios que produjera, por ejemplo, el efecto de lente gravitatoria. Pues bien, ese es el “regalo” que la misma naturaleza les ha hecho a los astrofísicos (y perdón por el antropomorfismo).

Esta es la imagen óptica del cúmulo Bala, en la que aparecen destacados los dos cúmulos que lo forman:


La realidad y la ubicación próxima de ambos cúmulos pueden verificarse mediante la observación de su corrimiento al rojo. Sus campos gravitatorios pueden comprobarse gracias al efecto del lente gravitatoria. La distorsión provocada permite preguntarse por la concentración másica que crea la lente. La respuesta sería esta, sobreimpresionada en la imagen óptica.


Es lo que podía preverse: la materia oscura (las “nubes” azules) se concentra en las mismas regiones que las galaxias. Por otra parte, podemos hacer observaciones independientes de rayos X para “ver” el gas caliente, que constituye la mayor parte de la materia bariónica (ordinaria) del cúmulo, y aquí está el resultado:


La forma de las nubes de gas dan nombre al cúmulo “Bala” (Bullet): la región que presenta esa forma y está a la derecha es el frente de choque. Cada cúmulo ha pasado a través del otro, provocando una gigantesca colisión de enorme energía de los gases de cada uno. El hecho de que la “bala” apararezca tan definida indica que los cúmulos se mueven en sentido perpendicular a nuestra línea de visión.

Esta colisión es la que brinda el “regalo”: ha “barrido” la materia ordinaria de los cúmulos, desplazándola con respecto a la materia oscura (y a las galaxias, que, a este respecto, funcionan como partículas que no chocan). Se puede “ver” directamente sobreimponiendo la imagen de lente gravitatoria y la de rayos X:


Quda por responder a la cuestión sobre la importancia del descubrimiento. Hasta ahora, parecía que tenía que haber materia oscura para que “saliesen las cuentas”. Sin embargo, no podíamos asegurar que así fuese, lo que obligaba a pensar en alternativas explicativas. Ahora ya sabemos que la materia oscura está ahí, que constituye un porcentaje nada desdeñable de nuestra realidad y que hay que contar con ella para seguir descubriendo nuestro universo, pero no sabemos casi nada de ella.

¿Quién dijo que en física estaba todo hecho?

perpetrado por Illaq @ 27/08/06 15:17
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