martes, 10 de julio de 2012

Materia y energía oscuras: los ocultos inquilinos del universo

La música de la entrada de hoy es de Rachmaninoff, con la fantástica Alicia De Larrocha al piano y Zubin Mehta en la dirección:


Como ya ocurrió con la pasada entrada Agujeros negros, mi amigo Sergio Payo vuelve a colaborar en freetillas. De nuevo le agradezco la dedicación, y sin más os dejo con él:


LA MATERIA OSCURA
         


En la búsqueda constante de lo que compone el universo los científicos han determinado la existencia de dos desconocidos habitantes. Si bien comparten con los agujeros negros la afición de no poder ser vistos, al contrario que ellos se encuentran por todas partes en una proporción hasta ahora impensable: la materia y la energía oscura.

Y aunque por el nombre parecen ser amigas, podríamos decir que una es la antítesis de la otra, o que ambas se complementan para crear el “equilibrio” que rige el Universo.

En los años 20, Edwin Hubble (¿os suena el apellido?) hizo un descubrimiento con gran impacto científico. No sólo detectó que había muchas más galaxias de las que se pensaba entonces, sino que observó que una gran mayoría de ellas, en concreto las más distantes, mostraban un corrimiento al rojo en su espectro (debido al efecto Doppler). Esto significaba que esas galaxias se estaban alejando de nosotros. Es decir, el Universo se estaba expandiendo…

Fue un descubrimiento que generó gran desconcierto e inició una serie de teorías al respecto.

Unos años más tarde, Fritz Zwicky, astrofísico suizo, hizo en 1933 uno de los descubrimientos más profundos de la historia de la astronomía. Estaba estudiando el famoso “Cúmulo de Coma”, una enorme agrupación de más de mil galaxias (como un pastel de pasas, pero a lo bestia) a unos 300 millones de años luz de la Vía Láctea y al cabo de un tiempo notó algo que llamó su atención. Él había hecho una estimación de la masa total del cúmulo, contando con la luminosidad, la cantidad de galaxias existentes y la masa promedio de cada una. Por otro lado midió la velocidad orbital de varias de ellas. Para hacernos una idea, pensad que dentro del pastel las pasas se están moviendo alrededor del centro físico del cúmulo o de varios de ellos, cual planetas en uno o varios sistemas solares. Como es lógico, unas galaxias se moverían más rápido que otras, dependiendo de su órbita, su proximidad a las zonas más masivas, etc.
El problema era que algunas se movían a más de 1000 Km/s!

Y ahí surgió el problema: a semejantes velocidades esas galaxias deberían haber vencido el tirón gravitatorio de sus compañeras escapándose del Cúmulo de Coma, ya que la inercia generada sería mucho mayor que la fuerza gravitatoria del cúmulo. Pero allí estaban, pegadas de alguna forma al resto de sus vecinas…las cuentas no salían, allí había “algo” más.

Zwicky llegó a una inevitable conclusión: el Cúmulo de Coma debía ser mucho más masivo de lo que parecía (al menos ocho o diez veces más masivo para “cuadrar” la cuenta) y poder así justificar esa unión increíble entre todos sus miembros.
La “materia oscura”, tal como se la llamó más tarde, ya asomaba su pesada e invisible cabeza.



Con el paso de los años y la mejora de la tecnología, este hecho se volvió irrefutable. El Universo tenía que estar repleto de algo, no se sabía bien qué, pero sí que tenía masa y, sobre todo, que ejercía una fuerza gravitatoria sobre lo que le rodeaba. Sin embargo, no terminaba de encuadrarse dentro de las materias “de siempre”, ya que no parecía estar compuesta de protones, electrones, y demás partículas conocidas al no emitir ningún tipo de energía electromagnética.

La materia oscura era otra cosa, era una especie de pegamento cósmico que envolvía las grandes familias de galaxias, a modo de red de contención.
Aún así, esta materia seguía volviendo locos a los científicos… No era materia ordinaria, eso desde luego, ya que estas partículas interactúan con las fuerzas electromagnéticas, lo que hace entre otras cosas que puedan reflejar la luz y ser vistas.
No emite luz, ni la refleja o absorbe, pero existe, porque actúa de manera gravitacional (la manera más brutal de demostrar su existencia).
Estimaciones en los cálculos acerca de su presencia en el Universo, arrojan que cerca del 20% del Universo es materia oscura.

Hoy, a 80 años de Fritz Zwicky, los astrónomos están cerca de revelar la identidad del “lado oscuro de la materia”. Ese habitante con gran poder gravitatorio, omnipresente en el Universo y que como un arquitecto invisible ha modelado el Cosmos.
Su misión: mantener a las galaxias en una rotación regular por el Cosmos e impedir que vaguen sin rumbo por el espacio.

 "Como justo hace unos días se ha confirmado el descubrimiento del bosón de Higgs, no puedo evitar hacer mención a este importante hallazgo y pensar además en la similitud que guardan la materia oscura y la llamada partícula divina. De esta última se acaba de confirmar que es el pegamento de los átomos y lo que hace que tengan masa. De la materia oscura sabemos que ha sido la encargada de acumular la materia y formar las galaxias existentes. ¿Es esta conexión, en escalas totalmente alejadas, ¿una mera casualidad?"

LA ENERGIA OSCURA



Tras el descubrimiento de Zwicky, empezaron varios dilemas que mantenían en vela a los científicos de la época.

Las galaxias se alejaban, el Universo se expandía y se había descubierto la materia oscura. La materia oscura ejercía fuerza gravitatoria y tendía a unir las cosas. El Universo estaba plagado de materia oscura. ¿Significaba eso que el Universo tendería a unirse? ¿Acabaría estando todo tan cerca que el propio Universo implosionaría?

Pero si por el contrario el Universo se expandía…los planetas…los sistemas solares…las galaxias…cada vez estarían más lejos unos de otros y cada vez ejercerían menos gravedad entre ellos. ¿Podría llegarse a un punto en el que no hubiera fuerzas gravitatorias, lo que provocaría que el Universo en sí mismo desapareciera en una agonía lenta y congelada?

Desde luego, ambos caminos apuntan a una muerte segura…al menos para los que sigáis aquí (yo es que he quedado).

De hecho, hasta principios de los años 90, se pensaba que si bien el Universo podía estar en expansión, esta expansión sería cada vez menor debido a la atracción gravitatoria de las galaxias y la materia oscura. Es decir, se aceptaba el hecho de que debido al Big Bang el Universo se expandía (a modo de gran globo que se va hinchando) pero que debido a la gravedad esta expansión se estaría frenando, igual que si en la Tierra tiras hacia arriba un objeto, que debido a la gravedad su velocidad irá disminuyendo.

Así que como se pensaba eso, lo que se buscaba era demostrarlo. Lo que quizá no pensaban los grupos de científicos que se pusieron a ello es que iban a acabar demostrando lo contrario y “encontrando” algo inesperado…

Estos científicos (principalmente los premios Nobel de física 2011 Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam G. Riess) empezaron a estudiar unas estrellas especiales, unas supernovas muy lejanas denominadas de tipo S1a, cuya habilidad especial es que al explotar (como buenas supernovas que son) emiten siempre la misma cantidad real de brillo. Esto hace que se puedan emplear como fuente para medir su distancia, y en consecuencia, la distancia a las galaxias que las contienen.

Y como decíamos antes, resultó que estos científicos llegaron justo a la conclusión contraria a la que querían llegar. No sólo el Universo no estaba frenando su expansión…es que se estaba acelerando! 



Si teníamos en cuenta la gravedad que generan las galaxias y la materia oscura, estaba claro que ahí tenía que haber “otra cosa”, algo que generase una fuerza contraria a la gravedad, algo que separe cada vez más las galaxias y que sea la causante de que la expansión del Universo sea cada vez mayor. A esta cosa o efecto se le llama “energía oscura", pero nadie sabe realmente qué es.

Como veis los científicos se lucen a la hora de poner nombres a las cosas, ya que como decíamos al principio materia oscura y energía oscura tienen nombres muy parecidos y sin embargo ambas cosas son prácticamente contrarias.

Teniendo en cuenta lo que se ha tardado en descubrir, resulta impactante saber la proporción que ocupa en el cosmos según las estimaciones realizadas. Según los últimos estudios, la energía oscura compone cerca del 70% del Universo!

Desde que existe el Universo, materia y energía oscura han venido librando una gran batalla por hacerse con el control del Universo. Existen teorías que afirman que desde hace varios miles de millones de años, la energía oscura ha venido contrarrestando la acción de la materia oscura, cuya misión en la vida es la unir cada vez más las galaxias y demás materia ordinaria del Universo.

Existen incluso científicos que opinan que esa batalla ya tiene un vencedor: la energía oscura. Y esto significa que el Universo simplemente va a expandirse por siempre, se hará cada vez más vacío, más oscuro y más frío.

Esto, como es lógico, ocurrirá dentro de miles de millones de años…pero yo voy a ir sacando la bufanda y los guantes. Por si acaso.

¡¡¡Que tengáis suerte!!!

7 comentarios:

  1. Se me ocurren mas cosas negras....

    Bromas aparte, Payovich, Mar, el descubrimiento del bosón de Higgs al 99% (para mi ya es el 100%) y sus implicaciones en las teorias del universo, como afectan a las teorias de la materia y energia oscuras? Si ahora ya sabemos PORQUE la materia tiene masa, eso llevara teorias asociadas sobre la naturaleza de la materia oscura y su interaccion gravitatoria. Podeis poner algo de esto?

    Gran articulo chicos!

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  2. Bueno, no se en qué medida el bosón de Higgs se relaciona con la materia oscura...aunque creo que existe una cierta relación o al menos una posible comparación.
    Cada cosa en su mundo (la materia oscura en el ámbito espacial y el bosón de Higgs en el ámbito subatómico) parecen tener comportamientos similares: ambos parecen actuar a modo de manto, de sostén, de los elementos que contiene. También, a la materia oscura se le atribuye la generación de las galaxias y de lo que nos rodea (al ir acumulando materia ordinaria por efecto de la gravedad) y al bosón de Higgs se le atribuye la creación de masa en las partículas atómicas (más concretamente el bosón de Higgs es el encargado de transmitir la información de que una partícula tiene masa).
    Así que al menos yo veo una similitud evidente.
    Lo que si espero con relativo suspense es el día que pueda encontrarse un equivalente de la energía oscura. Si bien la materia oscura tiende a agruparse en grandes "bolsas" a modo de contenederores de cúmulos de galaxias, la energía oscura se sabe
    que está por todas partes.
    ¿Tendremos una partícula que actúe como la energía oscura, una especie de antimateria?

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  3. El de antes soy yo...es decir, Payo.

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  4. Todo el mérito es de Sergio.
    A mí me ha gustado mucho.
    Por algún motivo no se ha quedado registrado un comentario de Carlitos, en el que os compara la energía oscura con la partícula de Satán. Y nos regala este link sobre la cosa más grande jamás conocida:
    http://es.wikipedia.org/wiki/Gran_Muralla_Sloan

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  5. ¡Mar censora! :)
    Gran post. Tirando del hilo del Cúmulo de Coma, vi que formaba parte de la Gran Muralla, segunda superestructura más grande descubierta, sólo por detrás de la amiga Sloan. A ver cuándo sacan visitas en los touroperadores en régimen de todo incluido.

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  6. Por cierto, han encontrado una quinta luna en Plutón.

    http://www.muyinteresante.es/encuentran-una-quinta-luna-en-pluton?utm_source=twitter&utm_medium=socialoomph&utm_campaign=muy-interesante-twitter1

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