Por lo que los científicos pueden decir, sólo el 5% del universo es visible, incluida la Tierra, el Sol, otras estrellas y galaxias, que están formados por protones, neutrones y electrones agrupados en átomos. El resto, según la NASA, está formado por una sustancia invisible llamada materia oscura (27%) y una fuerza que repele la gravedad conocida como energía oscura (68%).
Recientemente, los científicos han estado trabajando en una receta para la formación de galaxias, ejecutando simulaciones por computadora utilizando nuestro conocimiento sobre cómo evolucionó el universo pero modificando el comportamiento de la materia oscura para ver qué podría suceder. La materia oscura resulta ser más extraña de lo que pensábamos.
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Algunos astrónomos han recurrido recientemente a las teorías ampliamente conocidas sobre la materia oscura compleja.
Créditos de imagen: NASA
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El mejor modelo cosmológico que tenemos de cómo el universo tomó la forma que vemos hoy se llama lambda-CDM. Este modelo matemático de la teoría del Big Bang supone que el universo consta de 3 componentes: materia ordinaria, una energía aún misteriosa llamada energía oscura y materia oscura fría.
Debido a algunos problemas con las teorías de la materia oscura fría, algunos astrónomos y científicos han recurrido a modelos complejos de materia oscura. Algunos implican una mezcla de componentes de materia oscura fríos y cálidos, mientras que otros implican autointeracción, descomposición o destrucción de la materia oscura.
En escenarios de materia oscura fría, las partículas interactúan sólo a través de la gravedad, pero en muchas de estas nuevas ideas convergentes, otras interacciones son posibles.
Mariangela LisantiLa física de partículas de la Universidad de Princeton y su equipo están mejorando la receta para la formación de galaxias ejecutando simulaciones por computadora utilizando nuestro conocimiento sobre cómo evolucionó el universo, pero modificando el comportamiento de la materia oscura para ver qué resultados. Los científicos han estado tratando de descubrir qué pasaría si la materia oscura fuera más compleja de lo que los investigadores suelen suponer. Lisanti reemplazó una pequeña porción de materia oscura estándar con algo más sintético. «Pensamos que añadiríamos un 5 por ciento y todo estaría bien y luego destrozamos la galaxia».
Créditos de imagen: Flojo
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El equipo descubrió que convertir sólo el 5% de la materia oscura fría en tipos más complejos hacía imposible la formación de la Vía Láctea. «Creo que fue una lección interesante. Tenemos que tener mucho cuidado cuando pensamos en nuevos modelos. No es necesario agregar muchas otras formas de materia oscura a nuestros modelos para arruinar la astrofísica», explicó Lisanti.
Lisanti y sus colegas no son los únicos que intentan resolver el misterio de la materia oscura. David Curtin, teórico de la Universidad de Toronto en Canadá, está desarrollando otra forma de supersimetría. Supone transformar toda la materia en un conjunto gemelo de partículas: cada una con su propio conjunto de fuerzas, en lugar de mantener las mismas fuerzas. Esto significa que las partículas gemelas no pueden interactuar con sus primas clásicas a través de fuerzas distintas a la gravedad, lo que las convierte en materia oscura, pero pueden interactuar entre sí.
Curtin llama a esto materia oscura atómica. “La materia oscura atómica es muy similar a la nuestra; Explicó que se enfría, colapsa, forma discos y forma estrellas, estrellas oscuras. Esto puede parecer un concepto extraño, pero la galaxia invisible tendrá una firma única que podremos ver con futuros telescopios.
Si el investigador tiene razón, las estrellas oscuras habrán formado una estructura galáctica similar a un disco que desviará gravitacionalmente la luz en un proceso llamado microlente, cuyo efecto hace que las estrellas del fondo se vuelvan momentáneamente más brillantes. «Si encuentras una señal de microlente y está centrada en el disco de la Vía Láctea, es un indicio muy fuerte de materia oscura atómica», explicó Curtin.
Mark Vogelsberger del MIT y Alison Brooks de la Universidad Rutgers en Nueva Jersey están haciendo algo similar: probar las muchas combinaciones posibles de partículas y fuerzas de materia oscura para encontrar la receta que produzca galaxias como las que observamos.
Si bien los científicos han medido que la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del universo, todavía no están seguros de qué es.
Créditos de imagen: Observatorio Vera C. Rubin
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Si bien los científicos aún trabajan en el concepto de materia oscura, es importante mencionar que hasta el siglo XX los astrónomos no tenían conocimiento de la existencia de este misterioso fenómeno.
La materia oscura fue descubierta por primera vez por un astrónomo suizo-estadounidense Fritz Zwicky. En 1933 se descubrió que la masa de todas las estrellas del cúmulo de Coma era… Las galaxias proporcionaron sólo alrededor del 1% de la masa necesaria para evitar que escaparan de la gravedad de la masa. La masa perdida permaneció en duda durante décadas, hasta la década de 1970, cuando los astrónomos estadounidenses la descubrieron. Vera Rubin y W. Kent Ford confirmó su existencia al observar un fenómeno similar.
En la década de 1970, la astrónoma Vera Rubin estaba observando la galaxia de Andrómeda cuando descubrió que tenía una “curva de rotación plana”: las partes exteriores de la galaxia giran a la misma velocidad que las interiores, mientras que nuestra comprensión de la gravedad dice que las las regiones exteriores deben girar alrededor de él. Gira más lentamente si las estrellas son las únicas masas presentes. Esto indica que hay más en la galaxia de lo que parece.
Luego, una investigación realizada por James Peebles en 1973, junto con su colega astrofísico Jerry Ostriker, demostró que las galaxias de disco como nuestra Vía Láctea o Andrómeda no podían ser estables a menos que estuvieran incrustadas en halos gigantes de materia oscura.
En 1984, la astrofísica estadounidense Sandra Faber describió la evolución de un universo frío dominado por la materia oscura. Ella y sus colegas en ese momento proporcionaron una descripción detallada de la formación de cúmulos globulares, galaxias y cúmulos de galaxias, e incluso discutieron posibles candidatos para la materia oscura fría de James Peebles.
Algunos modelos complejos incluyen una mezcla de componentes de materia oscura fríos y cálidos, mientras que otros implican autointeracción, desintegración o aniquilación de la materia oscura.
Créditos de imagen: Observatorio Vera C. Rubin
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Un examen más detenido de la estructura del universo ha dado lugar recientemente a nuevas razones para dudar de la materia oscura fría. Su concepto puede funcionar bien a escalas mayores, pero en la escala de galaxias individuales, algo parece incompleto.
Según el modelo de materia oscura fría, los subhalos de materia oscura deberían existir en todos los tamaños, hasta grupos del tamaño de la Tierra. Sería una gran cantidad de proyectiles de artillería invisibles flotando alrededor de la Vía Láctea interactuando con corrientes de estrellas y, sin embargo, casi no se ha encontrado evidencia, excepto en 2018, cuando Adrian Price Whelan y Anna Bonacca descubrieron que una corriente de estrellas en particular es, bueno, mejor. conocido. Al igual que el GD-1, tiene huecos a lo largo de su longitud, como si lo hubieran golpeado varias veces.
Otra duda sobre el concepto de materia fría es que las simulaciones muestran que los halos deberían volverse más densos hacia el centro de la galaxia: cuanto más te acercas al centro, más materia oscura hay por unidad de volumen. Sin embargo, cuando los astrónomos observan la forma en que se mueven las galaxias, esto no es lo que ven: la materia oscura aparece distribuida uniformemente a lo largo del halo de nuestra galaxia, especialmente en las regiones centrales. Lo que podría ser una señal de que está sucediendo algo más complicado.
A pesar de todos los nuevos enfoques sobre la materia oscura y los esfuerzos por verla de una manera más sofisticada, algunos científicos y astrónomos, por ejemplo el profesor de astrofísica teórica Mike Boylan-Kolcinari, siguen siendo muy cautelosos a la hora de dejar de lado el concepto de materia oscura fría. «Hay muchos pequeños indicadores de que las cosas no son al menos tan simples como uno podría pensar, pero no está claro que esté sucediendo algo más complejo en la materia oscura», explicó.
Los científicos están probando muchas combinaciones posibles de partículas y fuerzas de materia oscura para encontrar la receta que produzca galaxias como las que observamos.
Créditos de imagen: Observatorio Vera C. Rubin
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Los científicos tienen muchas ideas sobre qué es la materia oscura, desde la hipótesis pionera de que la materia oscura consiste en partículas exóticas que no interactúan con la materia ordinaria o la luz pero que aun así ejercen gravedad, hasta ideas de que los efectos de la materia oscura pueden explicarse… Modificando fundamentalmente Nuestras teorías de la gravedad.
La nueva forma de ver la materia oscura como compleja podría ser tan simple como partículas subatómicas que rebotan entre sí, o tan compleja como las familias de partículas oscuras que forman átomos oscuros, estrellas e incluso galaxias.
Antoine de Saint-Exupéry dijo: “Lo necesario es invisible a los ojos”, y creo que tiene razón. Quizás los científicos deberían confiar en su intuición y seguir realizando simulaciones para ver si podría haber materia oscura compleja en nuestro universo que pudiera alterar nuestra percepción desde el núcleo.
La gente compartió sus pensamientos sobre el misterioso poder de la materia oscura, que ha cautivado a científicos y astrónomos durante siglos.
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