Materia oscura: un adhesivo invisible que puede que ni siquiera exista | ciencia | Informes en profundidad sobre ciencia y tecnología | DW

Nunca se reveló, solo se especuló. Pero los científicos estiman que hasta el 85% de la materia del universo puede estar compuesta por la llamada materia oscura.

Los científicos no pueden identificar la materia oscura con certeza, pero eso no ha detenido la búsqueda. Nuestro telescopio espacial más grande y nuevo, el telescopio espacial James Webb, es en este caso.

Fue apenas unos momentos después de que se publicaran las primeras imágenes capturadas por el telescopio el 12 de julio de 2022, cuando Kai Nosky dijo algo misterioso y real.

Nosky, un astrónomo del Centro Europeo de Observación Espacial (ESOC) en Darmstadt, Alemania, señalaba una imagen del Quinteto de Stefan, un grupo de cinco galaxias nunca antes visto.

El astrónomo Kay Nosk miró la imagen del pentagrama de Stefan y dijo: “Hay muchas cosas que no sabemos […] Una de esas cosas podría ser la materia oscura”.

“Hay muchas cosas que no sabemos”, dijo, “y no sabemos lo que no sabemos”. [But] Una de esas cosas podría ser la materia oscura”.

Descubrimiento accidental

En el siglo XIX, Lord Kelvin, un físico escocés-irlandés, quería estimar la masa de nuestra galaxia, la Vía Láctea, utilizando datos sobre la rapidez con que se mueven las estrellas alrededor del núcleo galáctico.

Pero Kelvin encontró inconsistencias o anomalías en los datos, cosas que no podían explicarse y atribuirse a “cuerpos oscuros” que no podemos ver.

“La galaxia parece estar girando mucho más rápido de lo que debería, según las estimaciones”, explicó Tifong Yu, teórico del CERN, la Organización Europea para la Investigación Nuclear.

Imagen subterránea del Gran Colisionador de Hadrones en el CERN, Ginebra

El Gran Colisionador de Hadrones es el acelerador de partículas más potente del mundo

Dices que la teoría es que hay “materia invisible” responsable de la velocidad a la que gira nuestra galaxia. Y esto también puede ser cierto para otras galaxias.

Se ha observado que las estrellas viajan a velocidades más rápidas que las estimadas, especialmente en los bordes de las galaxias. Esto es extraño.

Las estrellas deben ‘cortarse’ y ‘volar’

Imagina que atas una piedra a una cuerda y la haces girar a gran velocidad. La piedra se romperá y volará si alcanza una velocidad por encima de cierto umbral, el punto en el que el hilo se vuelve demasiado débil para sostener la piedra, donde la piedra gana velocidad y gana más fuerza.

Pero los astrónomos han observado estrellas que continúan girando alrededor del centro de la galaxia, incluso cuando el hilo que las lleva a la galaxia, por así decirlo, se ha roto, y las estrellas deben haber “volado”.

La única explicación para los astrónomos es que debe haber algún material invisible que mantenga la piedra dentro del alcance. ¿Quizás esta escurridiza materia oscura?

Esta pregunta sigue sin respuesta. Y hay muchas otras anomalías, como la forma de algunas galaxias, incluida la Vía Láctea, que aún no se han explicado.

No podemos ver la materia oscura, pero podemos ver sus efectos.

Los científicos dicen que la razón por la que no podemos ver o detectar esta sustancia invisible es que no interactúa con las fuerzas electromagnéticas, cosas como la luz visible, los rayos X o las ondas de radio.

Argumentan que podemos, sin embargo, observar algunos efectos de la materia oscura a través de su fuerza gravitatoria.

Pero todavía queremos descubrir la materia oscura per se. Aquí es donde entra en juego el Gran Colisionador de Hadrones del CERN. Tevong You y otros investigadores del CERN creen que el LHC es nuestra mejor oportunidad para detectar materia oscura.

Póster que representa el detector de partículas en el Gran Colisionador de Hadrones, CERN

Cuando las partículas chocan con el Gran Colisionador de Hadrones, los desechos resultantes quedan atrapados en detectores como estos. Esta es una ilustración de uno de los detectores del LHC.

Hace una década, los experimentos en el LHC demostraron el modelo estándar de la física de partículas al revelar el bosón de Higgs, una partícula que durante mucho tiempo ha demostrado ser esquiva.

El modelo estándar es la idea de que todo en el universo está compuesto por unas pocas partículas fundamentales y que éstas están gobernadas por cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza fuerte, la fuerza débil, la fuerza electromagnética y la fuerza de la gravedad.

Tifong Yu dijo que el LHC podría ayudar a resolver el misterio de la materia oscura. Pero hasta ahora, sospechas que la materia oscura no será como las partículas que conocemos del Modelo Estándar.

“Tiene que interactuar muy débilmente. No puede interactuar con la luz o el electromagnetismo. No puede interactuar con la fuerza fuerte y podría interactuar a través de la fuerza débil que causa la radiactividad”, dijo Yu.

Si esto suena como un rompecabezas, no estás solo. Los científicos todavía están tratando de resolverlo por su cuenta.

Medición de la materia oscura por lo que le falta

El Gran Colisionador de Hadrones hace chocar partículas, provocando colisiones. Las colisiones producen escombros que son recogidos por detectores de partículas.

Es como si aplastaras dos manzanas juntas, los pedazos saldrían disparados en todas direcciones y se pegarían a las paredes y al piso. Esos trozos de manzana seguirían siendo frutas, pero también habrían sido algo diferentes. Sin embargo, si recolectáramos todos los pedazos de la manzana, incluyendo los jugos, teóricamente tendríamos todos los pedazos para reconstruir esas dos manzanas originales.

Lo mismo es cierto para las partículas fundamentales. Los aplastamos, se separan y rocían contra los detectores del LHC, y si los cortamos juntos, deberíamos poder contar todos los fragmentos que formaron esas partículas originales.

Pero si después de todo eso encontramos que falta algo… especialmente la falta de energía o masa, como también se conoce a la energía… bueno, cuando se trata de física de partículas, los científicos tienden a pensar que debe haber algo oscuro o invisible. materia – Elementos que no podemos ver, pero son una parte muy importante de todo.

Andre David, un físico experimental del CERN que construye detectores de partículas, dice que si falta energía después de la colisión, es posible que la energía se haya transferido a la materia oscura.

“El bosón de Higgs interactúa con todos los demás elementos que tienen masa, por lo que la materia oscura debe [also] Tiene masa para lograr el efecto que vemos en las galaxias”, dijo David.

Nuevas teorías sobre la materia oscura

Algunos científicos argumentan que si hay fuerzas invisibles en el universo, ya las habremos encontrado, y dado que no hemos descubierto estas fuerzas, sugieren que deberíamos pensar fuera del Modelo Estándar.

Uno de esos científicos es el físico Mordhi Milgrom. Milgrom desarrolló una teoría alternativa de la gravedad, una teoría que propone que la fuerza de la gravedad actúa de manera diferente a diferentes distancias del núcleo galáctico.

Mientras que la teoría gravitacional de Newton explica la mayoría de los movimientos a gran escala en el universo, la dinámica newtoniana modificada de Milgrum sugiere que la fuerza actúa de manera diferente cuando es débil, como el borde de la galaxia.

Los defensores de la teoría dicen que predice la rotación de las galaxias y la velocidad de las estrellas mejor que la teoría de Newton.

Pero aún no sabemos si detectaremos materia oscura o probaremos la dinámica newtoniana modificada de Milgrom. Lo que sí sabemos es que nuestra comprensión del universo está lejos de ser completa.

Montaje: Zulfiqar Abani

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