Preguntas importantes que aún quedan sin respuesta sobre la materia oscura que supuestamente existe en todo el Universo

En la década de 1930, un astrónomo suizo llamado Fritz Zwicky notó que las galaxias en un cúmulo distante orbitaban entre sí mucho más rápido de lo que deberían en función de la cantidad de masa visible que tenían. Zwicky propuso entonces que que debería haber una sustancia invisible, a la que llamó materia oscura, que aportaba su masa para que dichas galaxias pudieran adquirir mayor inercia y poder gravitatorio que les permitía girar más deprisa.

Desde entonces, los investigadores han confirmado que este material misterioso se puede encontrar en todo el cosmos. También calcularon que era seis veces más abundante que la materia normal que compone astros tan comunes como las estrellas, los planetas y satélites. Sin embargo, a pesar de de que hubiera materia oscura por todo el Universo, los científicos todavía se rascan la cabeza porque tienen dudas de todo y por todas partes. Como muestra de ello, recogeré aquí once preguntas muy importantes que se hacen acerca de la materia oscura y para las que todavía no se ha encontrado respuesta alguna que, obviamente, haya sido demostrada.

1. ¿Qué es la materia oscura?

Primero de todo, y quizás sea lo más desconcertante, los investigadores siguen sin estar seguros acerca de qué es exactamente la materia oscura. Originalmente, algunos científicos supusieron que la masa que faltaba en el universo estaba compuesta de pequeñas estrellas débiles y de agujeros negros, aunque las observaciones más detalladas que se han realizado no han arrojado suficientes objetos celestes como para justificar la influencia de la materia oscura.

2. ¿Podemos detectar la materia oscura?

Si la materia oscura está hecha de WIMP (acrónimo de “Weakly Interacting Massive Particles” traducido como “partículas masivas débilmente interactuantes”). Estas partículas son unas partículas hipotéticas que podrían explicar el problema de la materia oscura, deberían estar a nuestro alrededor, invisibles y apenas detectables. Entonces, ¿Por qué no hemos encontrado todavía? Si bien no interactuarían mucho con la materia ordinaria, siempre habría una pequeña posibilidad de que una partícula de materia oscura pudiera chocar con una partícula normal como un protón o un electrón, a medida que viaja a través del espacio. Sin embargo, los investigadores han realizado múltiples experimentos para estudiar un gran número de partículas ordinarias en el subsuelo. Se propuso el subsuelo porque es allí es donde estas partículas están protegidas de la radiación interferente que podría imitar una colisión de partículas de materia oscura.

¿Se ha avanzado algo? Después de décadas de búsqueda, ninguno de estos detectores ha hecho un descubrimiento creíble. A principios de este año, el experimento chino PandaX informó la última no detección de WIMP. En vista del fracaso, algunos investigadores ahora sostienen que las partículas de materia oscura pudieran ser mucho más pequeñas que las WIMP o que carecieran de las propiedades que las harían fáciles de estudiar.

3. ¿La materia oscura consiste en más de una partícula?

La materia ordinaria está compuesta de partículas cotidianas como protones y electrones, así como un arsenal completo de partículas más exóticas como neutrinos, muones y piones. En este sentido, algunos investigadores se preguntaron si la materia oscura, que constituye el 85% de la materia en el universo, también pudiera ser un tanto más complicada. “No hay una buena razón para suponer que toda la materia oscura en el universo está constituida por un solo tipo de partícula”, declaró el físico Andrey Katz de la Universidad de Harvard a NASA, Space Exploration and Astronomy News. Los protones oscuros podrían combinarse con los electrones oscuros para formar átomos oscuros, produciendo configuraciones tan diversas e interesantes como las que se encuentran en el mundo visible, afirmó Katz. Si bien tales propuestas se han imaginado cada vez más en los laboratorios de física, descubrir una forma de confirmarlas o negarlas hasta ahora ha eludido a los científicos.

4. ¿Existen fuerzas oscuras?

Junto con partículas adicionales de materia oscura, se especuló con la posibilidad de que la materia oscura experimentara fuerzas análogas a las que siente la materia que es observable y consideramos normal. Algunos investigadores más lanzados empezaron a buscar “fotones oscuros”, que serían como los fotones intercambiados entre partículas normales que dan lugar a la fuerza electromagnética, excepto que solo serían percibidas por partículas de materia oscura. Todo un cúmulo de especulaciones cada una de ellas más alucinante. A su vez, en Italia, algunos científicos en Italia dispararon un rayo de electrones y sus antipartículas, conocidos como positrones, sobre la superficie de un diamante para ver si surgían fotones oscuros. Según elucubraron, de este modo los pares electrón-positrón podrían aniquilarse y producir una de las extrañas partículas portadoras de fuerza como la que impulsa la materia oscura. Otro fracaso más.

5. ¿Podría la materia oscura estar hecha de axiones?

A medida que los físicos se enamoran cada vez más de los WIMP, otras “supuestas” partículas de materia oscura comenzaron a ganar popularidad. Uno de los principales reemplazos es una partícula hipotética conocida como axión, que sería extremadamente ligera, tal vez tan pequeña como 10 elevada a la 31ª potencia menos masiva que un protón. Hasta ahora se están buscando axiones en algunos experimentos. Simulaciones informáticas recientes han planteado la posibilidad de que estos axiones pudiean formar objetos similares a estrellas, lo que podría producir una radiación detectable que sería bastante similar a los fenómenos misteriosos conocidos como ráfagas de radio rápidas. Hasta ahora no se han encontrado nada.

6. ¿Cuáles son las propiedades de la materia oscura?

Sin embargo, después de tantos años de investigaciones, algunos astrónomos declararon que ellos descubrieron la materia oscura a través de sus interacciones gravitacionales con la materia ordinaria, lo que sugería que ésta podría ser la manera de dar a conocer su presencia en el universo. Pero cuando se trató de comprender la verdadera naturaleza de la materia oscura, los investigadores ya no supieron qué decir. Según algunas teorías, las partículas de materia oscura deberían ser sus propias antipartículas, lo que significa que dos partículas de materia oscura se aniquilarían entre sí cuando se encontraran. El experimento del Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) realizado en la Estación Espacial Internacional ha estado buscando signos reveladores de esta aniquilación desde 2011 y ya ha detectado cientos de miles de eventos. No obstante, los científicos aún no están seguros de si lo que recogen proviene de la materia oscura, y, como es habitual, los resultados tampoco les han ayudado a determinar exactamente qué es la materia oscura.

7. ¿Existe materia oscura en todas las galaxias?

Debido a que la materia oscura supera enormemente la materia ordinaria, a menudo se dice que la materia oscura es la fuerza que posibilita la creación de grandes estructuras como las galaxias y los cúmulos galácticos. Fue un tanto extraño cuando, hace unos años, los astrónomos anunciaron que habían encontrado una galaxia llamada NGC 1052-DF2 que parecía no contener materia oscura. “La materia oscura aparentemente no es un requisito para formar una galaxia”, declaró Pieter van Dokkum de la Universidad de Yale. Sin embargo, durante aquel verano, un equipo separado publicó un análisis que sugería que el equipo de van Dokkum había medido mal la distancia a la galaxia, lo que significaba que su materia visible era mucho más tenue y liviana que los primeros hallazgos y que su masa estaba formada de materia oscura en un porcentaje superior al que se había estimado previamente.

8. ¿Qué pasa con los resultados de DAMA /LIBRA?

Un misterio de hace mucho tiempo relativo a la física de partículas fueron los resultados desconcertantes de un experimento europeo conocido como DAMA /LIBRA. Este detector, ubicado en una mina subterránea debajo de la montaña Gran Sasso situada en Italia, estuvo buscando una oscilación periódica de las supuestas partículas de materia oscura. Se consideró que esta oscilación debería surgir a medida que la Tierra se moviera en su órbita alrededor del Sol mientras atraviesa la corriente galáctica de materia oscura que rodea nuestro sistema solar y que, a veces, se le ha llamado “viento de materia oscura”. Desde que en 1997, el experimento DAMA / LIBRA afirmó haber recogido exactamente esta señal, ningún otro experimento realizado posteriormente ha logrado detectar agua señal parecida.

9. ¿Podría la materia oscura tener carga eléctrica?

Una señal que se debió emitir en los primeros instantes del comienzo de los tiempos dio origen a que algunos físicos sugirieran que la materia oscura podría tener carga eléctrica. Las estrellas emitieron radiación con una longitud de onda de 21 centímetros Durante los primeros años de la creación del Universo. Exactamente, solo 180 millones de años después del Big Bang. Posteriormente fue absorbido por el hidrógeno frío que se situaba alrededor en aquel mismo tiempo. Cuando se detectó esta radiación hace unos años, se consideró que el hidrógeno debía de estar a una temperatura mucho más fría de la que los científicos habían inicialmente previsto. El astrofísico Julian Muñoz, de la Universidad de Harvard, planteó la hipótesis de que la materia oscura con carga eléctrica podría haber extraído el calor del hidrógeno omnipresente, algo así como hacen los cubitos de hielo flotando sobre las bebidas refrescantes. Sin embargo, tampoco esta conjetura ha podido ser demostrada.

10. ¿Podrían las partículas ordinarias visibles descomponerse en materia oscura?

Los neutrones son partículas subatómicas de materia regular con una vida útil limitada. Después de unos 14,5 minutos, cualquier neutrón solitario que no se encuentre dentro de un átomo se descompondrá en un protón, un electrón y un neutrino. Pero dos simulaciones experimentales diferentes dieron tiempos de vida ligeramente diferentes, con una discrepancia entre ellos de unos 9 segundos. Algunos físicos sugirieron que ellos se debía a quei el 1% de las veces, algunos neutrones se descomponían en partículas de materia oscura y ello podría explicar esta anomalía. Christopher Morris, del Laboratorio Nacional de Los Alamos, en Nuevo México, Estados Unidos, y su equipo monitorearon los neutrones en busca de una señal que pudiera ser materia oscura pero tampoco pudieron detectar nada. Otras teoría más de las muchas que se han comprobado completamente fallida. Du cualquier modo, no se quedaron atrás y sugirieron que quizás otros procesos de descomposición pudieran ser posibles. Hasta la fecha, ninguna teoría ha podido ser demostrada y de la materia oscura, nada de nada.

11. ¿Con tanto fracaso, no seré ya razonable pensar si, realmente, existe la materia oscura?

Dadas las dificultades a las que se han enfrentado los científicos al tratar de detectar y explicar la materia oscura, es obvio que sería muy razonable preguntarse si lo están haciendo todo mal o si realmente se trata de encontrar algo que no existe y de que toda la teoría de la materia oscura es un cuento. Durante muchos años, una minoría de físicos ha impulsado la idea de que quizás nuestras teorías acerca de la gravedad son simplemente incorrectas, y que la fuerza fundamental funciona a grandes escalas de manera diferente de lo que esperamos. En efecto, estas teorías, conocidas como “dinámica newtoniana modificada”, o modelos MOND, nos sugieren que no existe la materia oscura y que las velocidades ultrarrápidas a las que las estrellas y las galaxias giran una con respecto a la otra, son una consecuencia del comportamiento de la gravedad que lo hace de manera sorprendente y es precisamente en entender porqué, en lo que deberíamos concentrar nuestros esfuerzos. No olvidemos que la materia oscura todavía forma parte de un modelo que no se ha confirmado y, presumiblemente, sea una teoría equivocada.

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