SOBRE LA MATERIA OSCURA DEL UNIVERSO

Carlos Mora Vanegas

El Universo encierra grandes misterios que invitan a quienes le interesa la astrofísica, cosmobiologia ahondar en ello a fin de conocer más sobre lo que el universo encierra.

Un  tema interesante al respecto, es todo lo concerniente a la materia oscura y a la misma energía oscura (qué será analizado en otro escrito).

En lo personal ,me interesó hace muchos años atrás este tema, por lo que encierra, su interrelación directa con las galaxias,  tema que se me fue explicado cuando tenía 15años por un sacerdote jesuita el padre Puig,  cuando estudiaba bachillerato y en el quinto año de ese entonces cursábamos una asignatura que se llamaba astronomía en el colegio Calazan . Asignatura que me motivó muchísimo y hasta pensé estudiar Astronomía, lo que no hice y me decidí por Ingeniería

Nos aporta Wikipedia al respecto, que se llama materia oscura a la materia hipotética de composición desconocida que no emite o refleja suficiente radiación electromagnética para ser observada directamente con los medios técnicos actuales pero cuya existencia puede inferirse a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en las anisotropías del fondo cósmico de microondas. No se debe confundir la materia oscura con la energía oscura.

Se nos indica además, que La composición de la materia oscura se desconoce, pero puede incluir neutrinos ordinarios y pesados, partículas elementales recientemente postuladas como los WIMPs y los axiones, cuerpos astronómicos como las estrellas enanas y los planetas (colectivamente llamados MACHO) y las nubes de gases no luminosos. Las pruebas actuales favorecen los modelos en que el componente primario de la materia oscura son las nuevas partículas elementales llamadas colectivamente materia oscura no bariónica.

El componente de materia oscura tiene bastante más masa que el componente "visible" del Universo. En el presente, la densidad de bariones ordinarios y la radiación en el Universo se estima que son equivalentes aproximadamente a un átomo de hidrógeno por metro cúbico de espacio. Sólo aproximadamente el 5% de la densidad de energía total en el Universo (inferido de los efectos gravitacionales) se puede observar directamente. Se piensa que en torno al 23% está compuesto de materia oscura. El 72% restante se piensa que consiste de energía oscura, un componente incluso más extraño, distribuido difusamente en el espacio. Alguna materia bariónica difícil de detectar realiza una contribución a la materia oscura, aunque algunos autores defienden que constituye sólo una pequeña porción. Aun así, hay que tener en cuenta que del 5% de materia bariónica estimada, la mitad de ella todavía no se ha encontrado, por lo que se puede considerar materia oscura bariónica: Todas las estrellas, galaxias y gas observable forman menos de la mitad de los bariones que se supone debería haber y se cree que toda esta materia puede estar distribuida en filamentos gaseosos de baja densidad formando una red por todo el universo y en cuyos nodos se encuentran los diversos cúmulos de galaxias. Recientemente (mayo de 2008) el telescopio XMM-Newton de la agencia espacial europea ha encontrado pruebas de la existencia de dicha red de filamentos

Cabe destacar como lo narra Wikipedia, que de acuerdo con las observaciones actuales de estructuras mayores que una galaxia, así como la cosmología del Big Bang, la materia oscura constituye del orden del 21% de la masa del Universo observable y la energía oscura el 70% Fritz Zwicky la utilizó por primera vez para declarar el fenómeno observado consistente con las observaciones de materia oscura como la velocidad rotacional de las galaxias y las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos, las lentes gravitacionales de objetos de fondo por los cúmulos de galaxias así como el Cúmulo Bala (1E 0657-56) y la distribución de temperatura de gas caliente en galaxias y cúmulos de galaxias. La materia oscura también juega un papel central en la formación de estructuras y la evolución de galaxias y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación de fondo de microondas. Todas estas líneas de pruebas sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y el Universo como un todo contienen mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnética: lo restante es llamado "el componente de materia oscura".

 Al respecto de la materia oscura se han escrito un sin número de páginas, explicaciones, por ejemplo, nos señala astroverada.com : Las estrellas en algunas galaxias espirales giran muy rápidamente. Según las leyes de la mecánica de Newton, la velocidad de una estrella a lo largo de su órbita depende de la masa de la galaxia contenida dentro de la órbita de la estrella. Sin embargo la masa visible es mucho menor que lo esperado. ¿Dónde está la masa que falta.?

Las galaxias en el universo normalmente se agrupan en cúmulos que para mantenerse unidos necesitan de la fuerza de atracción gravitacional producida por una gran cantidad de masa. La masa requerida no se observa. ¿Dónde está?
 Existen fuertes argumentos teóricos a favor de un universo dominado por materia oscura. Estos argumentos se basan en el llamado modelo inflacionario según el cual el universo sufrió un período de crecimiento acelerado a los pocos instantes después del Big Bang. Esta teoría predice que el universo estaría dominado por materia oscura: 99% de la materia que forma el universo no es visible. La cantidad total de masa predicha por este modelo es un parámetro que los astrofísicos llaman la masa crítica del universo.  

Nos agrega la fuente de información señalada, que descubrimientos sobre el origen del universo y algunas observaciones astronómicas recientes parecen indicar que el universo a gran escala está constituido en su mayoría por una forma de materia aún no observada. Las teorías de las partículas elementales permiten la posibilidad de la existencia de formas de materia en el universo que aun no hemos detectado.

• ¿Cuál es la naturaleza de ésta misteriosa forma de materia?
• ¿Qué posibilidades experimentales existen para su observación?
• ¿Cuál fue el origen de esta hipótesis y qué tan fuerte es la evidencia experimental a su favor?

Los astrónomos del siglo XIX se dieron cuenta que la órbita de Urano se desviaba con respecto a los resultados predichos por la mecánica de Newton. En 1846 el astrónomo francés Leverrier postuló la existencia de un octavo planeta (Neptuno) que al ser colocado estratégicamente en una órbita especial explicaría las desviaciones observadas en la órbita de Urano.

Neptuno fue un ejemplo de materia oscura, es decir una forma de materia cuya existencia se postula para resolver un problema relacionado con la interacción gravitacional de un sistema astronómico. Hoy, tanto los astrofísicos (que estudian el macrocosmos) y los físicos de partículas (que estudian el microcosmos) introducen nuevas formas de materia para ayudarnos a explicar observaciones que no concuerdan con las teorías.

La física de partículas elementales y la astrofísica han venido en un proceso de convergencia en el que tanto sus teorías como sus descubrimientos están mutuamente ligados.

• ¿Seguirá la expansión del universo para siempre?
• ¿Cuál es el proceso que genera la energía en las estrellas?
• ¿Cómo se formaron las galaxias?
• ¿Cuáles son los mecanismos que explican la estructura a gran escala del universo?

En definitiva se nos comenta, que La materia oscura puede ser por ejemplo planetas en otros sistemas solares en nuestra galaxia o en otras galaxias, que por no tener luz propia no los hemos observado. También pueden existir grandes cantidades de masa en el espacio interestelar en forma de nubes de partículas de polvo o gas. Estos posibles planetas o nubes de gas no observados estarían constituidos por materia normal, es decir por materia hecha de los átomos que aparecen en la tabla periódica. Sin embargo, en el universo pueden existir otras manifestaciones de materia oscura como los famosos agujeros negros o formas más exóticas como algunas partículas cuyos nombres son tan oscuros como su naturaleza: axiones, neutrinos, gravitinos, fotinos, higgs, monopolos magnéticos, WIMPS,

En conclusión nos aporta  Pablo Berneo, hay una fuerte evidencia, mediante una gran variedad de observaciones diferentes, de la existencia de una gran cantidad de materia oscura en el universo. El término "materia oscura" alude materia cuya existencia no puede ser detectada mediante procesos asociados a la luz, es decir, no emiten ni absorben radiaciones electromagnéticas, así como no interaccionan con ella de modo que se produzcan efectos secundarios observables; esta materia ha sido inferida solamente a través de sus efectos gravitacionales.

La abundancia de materia oscura normalmente se contabiliza en términos de su densidad de masa en unidades elegidas de modo que son equivalentes a tantos por uno, siendo la densidad que contabiliza toda la masa existente, independientemente de su naturaleza igual a uno. La cantidad total de materia visible, es decir, materia cuya existencia es inferida mediante emisión o absorción de fotones, es aproximadamente 0.005, con una incertidumbre de al menos un factor de dos veces la medida.

La evidencia más fuerte de materia oscura está en las curvas de rotación de las galaxias espirales. En estas observaciones, la velocidad azimutal de las nubes de hidrógeno rodeando la galaxia es medida (mediante desplazamiento Doppler) en función de la distancia al centro de la galaxia o radio galáctico. Si no hubiese materia oscura, a distancias suficientemente alejadas del centro o bulbo de la galaxia encontraríamos que la velocidad es inversamente proporcional al radio o distancia galáctica, ya que la masa visible de una galaxia espiral está prácticamente concentrada en su centro, estando el resto sobrante distribuido a su alrededor en forma de lo que denominamos brazos