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Materia Oscura

En el universo, las apariencias engañan. Todas las estrellas, galaxias y nebulosas vistas por los telescopios suponen sólo el cuatro por ciento del contenido del universo. Los científicos no saben con certeza cuál es la naturaleza del resto.

Una gran parte del universo está compuesta de la llamada “materia oscura,” que no emite energía detectable, como la luz visible, rayos X u ondas de radio. Sin embargo, se revela mediante su gravedad, como cuando se nota que hay un imán debajo de la mesa porque atrae alfileres o clips.

Galaxy cluster CL0024+1654

En el cúmulo de galaxias CL0024+1654, cada punto amarillo es una galaxia. Los cálculos de los astrónomos de la distribución de la invisible materia oscura en este cúmulo se muestran en azul.

El misterio de la materia oscura tiene más de 70 años. En 1933, Fritz Zwicky estudió los movimientos de las galaxias en el cúmulo de Coma y descubrió que las galaxias estaban moviéndose demasiado deprisa. El cúmulo se estaría dispersando, a no ser que fuera mucho más masivo de lo que parecía. Un año antes, Jan Oort había estudiado los movimientos de las estrellas en la Vía Láctea y, basándose en argumentos parecidos, había concluido que en nuestra galaxia hay más materia de la que se ve a simple vista.

A finales de la década de los 70, Vera Rubin y Kent Ford anunciaron los resultados de sus pioneros estudios de galaxias espirales distantes. Las regiones exteriores de todas las galaxias que observaron rotaban tan deprisa que la conclusión era inevitable: las galaxias están metidas en extensos “halos” de materia oscura.

¿Por qué sabemos que la rotación rápida implica la presencia de materia oscura? Pensemos en el sistema solar. Como la mayor parte de la masa está en el Sol, que se halla en el centro del sistema, la velocidad orbital de Mercurio es mucho más alta que la de Plutón.

En este sentido, como la mayor parte de la masa de la galaxia está concentrada en su núcleo (de donde procede la mayoría de la luz) lo normal sería que las estrellas y las nubes de gas orbitaran más lentamente cuanto más lejos estuvieran del núcleo. Esto sucede hasta cierta distancia. Pero pasado ese punto, las velocidades orbitales de las estrellas y las nubes de gas, permanecen casi constantes independientemente de su distancia al núcleo. La única explicación posible es que fuera de sus órbitas hay mucha masa invisible. Rubin y Ford concluyeron que el universo debe de contener unas 10 veces más materia oscura que materia “luminosa” ordinaria.

Parte de la materia oscura consiste en materia ordinaria o “bariónica” (materia consistente en protones y neutrones) que no emite energía. Entre los posibles candidatos tenemos las tenues nubes de gas, los remanentes de estrellas muertas y los agujeros negros primordiales. Pero esto es sólo la punta del iceberg de la materia oscura: la cantidad de materia oscura extraña –nuevos tipos de partículas elementales- puede ser hasta diez veces mayor.

A los astrónomos les interesa la materia oscura por una razón muy sencilla: la masa del universo determina su destino. El universo empezó a expandirse con el Big Bang, y sigue expandiéndose hoy. Si la masa visible fuera toda la masa del universo, el universo se expandiría indefinidamente. Sin embargo, la gravedad de grandes cantidades de materia oscura puede detener la expansión y hacer que el universo se contraiga, y que su fin sea un “Big Crunch” o Gran Colapso.

Observaciones recientes de explosiones estelares distantes parecen indicar que ese Gran Colapso no tendrá lugar. De hecho, la expansión del universo se está acelerando, impulsada por una misteriosa “energía oscura.”

MACHOs y WIMPs
La mayoría de las búsquedas de materia oscura se han centrado en el halo de nuestra galaxia –una esfera en torno al disco principal, como el halo que se muestra en azul alrededor de la galaxia vista de perfil NGC 4361 (véase la parte superior derecha de la figura). Supongamos que alberga una gran cantidad de materia oscura que consta de átomos normales (llamada materia oscura “bariónica”). Esta materia puede estar atrapada en cuerpos pequeños y fríos, como estrellas muertas, enanas marrones frías (parte inferior derecha, en rojo), falsos planetas, o quizás incluso pequeños agujeros negros. Estos objetos hipotéticos se denominan MACHOs, acrónimo en inglés de Objetos Compactos y Masivos del Halo.

La naturaleza de la materia oscura “no bariónica” –materia oscura no compuesta de átomos normales- es más misteriosa. Puede consistir en partículas que rara vez, o nunca, interactúan con la materia normal, excepto a través de la gravedad. Los astrónomos llaman a esta materia oscura no bariónica WIMPs, acrónimo en inglés de Partículas masivas de Interacción Débil.



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