Num: 5855 | Domingo 18 de noviembre de 2018
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El universo (segunda parte): Lo que no vemos – Materia y energía oscuras

La materia ordinaria solamente constituye el 5% de todo el universo. El restante 95% está constituido por materia y energía que ni se ve ni se puede medir


David García Cuando se empezó a tener cierto conocimiento sobre el universo se creía que todo cuanto formaba parte de él eran las galaxias con sus estrellas, planetas, asteroides, cometas… el gas y el polvo estelar. Todos ellos constituidos de lo que hoy en día se conoce como materia ordinaria, materia formada por átomos visibles unidos por fuerzas de energía medibles. Pero actualmente se sabe que esa materia ordinaria solamente constituye el 5% de todo el universo. El restante 95% está constituido por materia y energía que ni se ve ni se puede medir (por lo menos directamente), por lo que se las ha llamado materia y energía oscuras.

¿Cómo es posible saber que existe algo invisible e inmedible?

Newton ya descubrió en su tiempo un método para medir la masa de la Tierra y del Sol. Basándose en ese método, los científicos modernos han realizado una estimación de la masa de las galaxias en base a la luz de las estrellas que forman parte de ellas. Además, para estos científicos es relativamente fácil conocer la masa del gas que se encuentra en estas galaxias (constituido principalmente por Hidrógeno y Helio) en base al estudio de los rayos X que este gas emite.

De este modo, se tenía un conocimiento bastante certero sobre la masa de las galaxias y su distribución en ellas. Además, se sabía que una estrella cercana al centro de la galaxia debía ir a una velocidad mayor que una estrella situada en la periferia. Pero esto no fue lo que encontraron dos científicos (Vera Rubin y Kent Ford1)

Lo que descubrieron estos dos científicos es que la velocidad era prácticamente igual en casi cualquier parte de la galaxia y más concretamente en las partes distantes donde se esperaba que por falta de estrellas, polvo y gas la velocidad debía descender progresivamente (Figura 1).

Figura 1. Adaptado por el autor al castellano de Rubin & Ford (1970) “Rotation of the andromeda nebula from a spectroscopic survey of emission regions”.

 

La conclusión a la que se llegó para entender esta “anomalía” era que debía haber más masa de la que se podía ver y por eso se le ha llamado a esta masa hasta ahora invisible materia oscura.

La materia oscura está distribuida de manera desigual por todo el universo (ver figura de portada), existen zonas con mayor abundancia de esta materia como son las galaxias donde se encuentra de manera masiva y otras zonas menos pobladas donde apenas hay girones de ella. Se cree que el 27% del total del universo está compuesto por esta materia oscura.

La energía oscura es bastante diferente, se encuentra distribuida de manera homogénea por todo el universo conocido, como si fuera un campo eléctrico presente en todas partes a la vez. Es tan diferente que no se puede entender con los conocimientos actuales de la física moderna, por lo que cuando se conozca su naturaleza se cree que será gracias a comprender nuevas formas de la física y el universo.

Parece que la energía oscura tiene una densidad mínima, se estima que un volumen como el de la Tierra podría albergar 7 mg de esta extraña energía. Pero su presencia de manera homogénea en todo el universo, incluso en las zonas donde parece que solo existe el vacío, hace que se estime en un 68% su abundancia. Se cree que es la energía oscura quien está provocando la aceleración de la expansión del universo.

Como contábamos en el primer episodio de esta serie, al principio de los tiempos se cree que existió una gran “explosión” denominada Big Bang que fue la que dio origen al universo conocido. Según los primeros conocimientos, era de esperar que la aceleración inicial de los cuerpos celestes originados en esa explosión, por efecto de la atracción de la gravedad entre las diferentes galaxias y materiales universales (principalmente polvo y gas) fuera poco a poco frenándose hasta incluso llegar a revertirse y comenzar a contraerse hasta llegar de nuevo al punto inicial. Esto es lo que se conoce como la teoría del “Big Crunch”.

Pero lo que los científicos encontraron cuando empezaron a realizar las primeras mediciones modernas fue todo lo contrario, el universo se está acelerando. ¿Cómo llegaron a esta conclusión?, hicieron un estudio de cómo ha ido evolucionando la velocidad de expansión en el universo a lo largo del tiempo.

¿Cómo se puede realizar este estudio? Por muy extraño que parezca, cuando miramos al cielo estamos viendo diferentes épocas del tiempo; ¿cómo dices? Sí, la velocidad de la luz es limitada (unos 300.000 km/s) y las galaxias se encuentran a millones de años luz de la Tierra (millones de años viajando a la velocidad de la luz) y también entre ellas. Esto quiere decir que cuando vemos aquí en la Tierra una galaxia lo que estamos viendo es la luz que emitió hace muchísimo tiempo (incluso millones de años, depende a la distancia que se encuentre de la Tierra). De este modo se puede mirar a diferentes partes del universo y encontrar galaxias que se encuentran a distancias muy diferentes y cuya luz pertenece a épocas en el tiempo muy distantes. Así se puede hacer una reconstrucción de la velocidad de expansión del universo en el tiempo, ya que se puede medir la velocidad de expansión entre las galaxias y en diferentes épocas del tiempo (Figura 2).

Figura 2. Una sección del universo en tres tiempos diferentes. Adaptado por el autor de Casas A. (2015) “La materia oscura. El elemento más misterioso del universo” RBA.

 

Seguiremos profundizando en este y otros misterios del universo en los siguientes capítulos.


1 40 años antes que ellos Fritz Zwicky habló de lo mismo pero no tuvo la trascendencia en el mundo científico que tuvo el descubrimiento de Rubin y Ford en la década de los setenta.

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