Miércoles 13 de enero de 2016
Entender la naturaleza de la materia y energía oscuras es sin duda uno de los problemas más importante de la física y astrofísica del siglo XXI, los cuales estamos atacando desde distintos frentes. Para ello tenemos desde aceleradores de partículas hasta los cúmulos de galaxias, los objetos más masivos en el universo. Estos últimos, son la ofensiva secreta.
Experimentos cosmológicos indican que de toda la materia (o energía) en el universo, sólo un 4% está formado por materia normal –que podemos describir con protones y electrones–. Mientras que un 23% corresponde a materia oscura de naturaleza desconocida, y el restante 73% es energía oscura, también desconocida y que se manifiesta principalmente en la expansión acelerada del universo.
La primera evidencia de la existencia de materia oscura viene de las observaciones de las altas velocidades que tienen las galaxias dentro, a su vez, de los cúmulos de galaxias (agrupaciones de varios cientos de galaxias en regiones relativamente pequeñas) hechas por Zwicky en 1937. Observaciones recientes de estos mismos objetos aún nos siguen ayudando a entender un poco mejor la constitución de la materia oscura.
Los cúmulos de galaxias están constituidos esencialmente por tres componentes: las galaxias (un 5% de la masa total); el gas caliente que emite en energéticos rayos X (aproximadamente un 30% de la masa); y la materia oscura (la fracción restante). Hasta ahora, sabemos que esta última interactúa gravitacionalmente con otras partículas, así es como determina las velocidades de la galaxias y la forma del gas contenido en un cúmulo. Pero ¿podemos saber más de ella? Afortunadamente la naturaleza nos regaló un experimento que nos permite ahondar un poco más en sus propiedades. El cúmulo bala o bullet cluster en inglés.
El cúmulo bala en realidad está formado por dos cúmulos de galaxias, en donde el más "pequeño" está pasando a través del mayor con una velocidad relativa de 4500 km/s. Tal como una bala atravesando una manzana. Esta es una colisión cósmica extraordinariamente rara, que eleva la temperatura del gas entre las galaxias a 100 millones de grados Celsius, la más alta registrada para un cúmulo. Este choque ocurrido, hace 150 millones de años, nos muestra que las galaxias se agrupan en dos regiones bien definidas. Esto sucede porque las galaxias no sienten o sufren consecuencias del choque y pasan unas al lado de las otras como si nada hubiese sucedido. En cambio al gas entre las galaxias sí le llega el impacto de esa colisión, separándose de los cúmulos, interactuando entre sí, y quedando rezagado o entre ambos cúmulos.
Mientras las galaxias casi no sienten el choque y el gas se frena casi por completo, ¿qué ocurre con la materia oscura? Pues bien, actúa igual que como las galaxias en los cúmulos: no siente la hecatombe . La materia oscura se encuentra en la mismas regiones donde se encuentran las galaxias. Esto lo sabemos porque la luz de galaxias distantes cambia ligeramente su trayectoria cuando pasa cerca del cúmulo, lo que deforma la imagen de estas galaxias. Como este efecto depende de la concentración de masa en el cúmulo, podemos saber dónde se encuentra la materia oscura.
Así, el cúmulo bala nos ha permitido establecer, de momento, que las partículas de materia oscura interactúan muy poco entre ellas, lo cual limita fuertemente los modelos propuestos para ellas. Aún no sabemos de qué está hecha la materia oscura, pero con cada nueva observación –impulsada por la tecnología y la ayuda de objetos/experimentos que nos da el mismo universo– la hemos ido arrinconando cada vez un poco más.
