La materia oscura, que constituye aproximadamente el 85% de la materia del universo, sigue siendo uno de los mayores enigmas de la cosmología moderna.
Su existencia se infiere a través de evidencias gravitacionales como las curvas de rotación galáctica y los efectos de lentes gravitacionales, mientras que su naturaleza podría estar vinculada a partículas exóticas como WIMPs o axiones, aunque teorías alternativas cuestionan su necesidad para explicar fenómenos cósmicos.
Evidencias gravitacionales de materia oscura
Las evidencias gravitacionales son fundamentales para inferir la existencia de la materia oscura. Una de las pruebas más convincentes proviene de las curvas de rotación galáctica, observadas por primera vez por Vera Rubin en los años 19701. Rubin descubrió que las estrellas en las regiones externas de las galaxias espirales orbitan a velocidades mucho mayores de lo esperado según la materia visible, sugiriendo la presencia de un halo de materia oscura. Otras evidencias incluyen:
- Efectos de lentes gravitacionales en cúmulos de galaxias, donde la materia oscura distorsiona la luz de objetos distantes.
- La formación de estructuras a gran escala en el universo, que requiere la presencia de materia oscura para explicar cómo las galaxias y cúmulos se formaron y evolucionaron.
- Anisotropías en la radiación de fondo cósmico de microondas, que son consistentes con modelos cosmológicos que incluyen materia oscura.
- El Cúmulo Bala, donde la separación entre la materia visible y oscura tras la colisión de dos cúmulos proporciona evidencia directa de su existencia.
Candidatos a partículas de materia oscura
Los científicos han propuesto varios candidatos para explicar la naturaleza de la materia oscura, centrándose principalmente en partículas exóticas que interactúan débilmente con la materia ordinaria. Entre los candidatos más destacados se encuentran:
- WIMPs (Partículas Masivas de Interacción Débil): Consideradas durante mucho tiempo como los principales candidatos, estas partículas hipotéticas interactuarían a través de la fuerza débil y la gravedad.
- Axiones: Partículas muy ligeras propuestas originalmente para resolver problemas en la cromodinámica cuántica, pero que también podrían constituir la materia oscura fría.
- Neutrinos estériles: Versiones más pesadas de los neutrinos conocidos que no interactuarían a través de la fuerza débil.
- Condensados de hexaquarks d-star: Una propuesta reciente sugiere que estas partículas podrían haberse agrupado poco después del Big Bang para formar un quinto estado de la materia, potencialmente explicando la materia oscura.
Experimentos como ADMX (Axion Dark Matter Experiment) y diversos detectores subterráneos buscan evidencia directa de estas partículas, mientras que telescopios de neutrinos como ANTARES intentan detectarlas indirectamente a través de sus productos de aniquilación.
El problema de la masa faltante
El problema de la masa faltante surgió cuando los astrónomos observaron que la cantidad de materia visible en galaxias y cúmulos de galaxias no era suficiente para explicar sus efectos gravitacionales observados. Este fenómeno se hizo evidente principalmente a través de dos observaciones clave:
- Curvas de rotación galáctica: Las estrellas en los bordes de las galaxias se mueven mucho más rápido de lo que se esperaría basándose solo en la masa visible, lo que sugiere la presencia de materia adicional no detectada.
- Dinámica de cúmulos galácticos: Los movimientos de las galaxias dentro de los cúmulos indican que estos sistemas contienen mucha más masa de la que se puede contabilizar con la materia luminosa observable.
Para explicar estas discrepancias, los científicos propusieron la existencia de materia oscura, una forma de materia que no interactúa con la luz pero ejerce efectos gravitacionales. Sin embargo, recientemente han surgido teorías alternativas, como la propuesta por Richard Lieu, que sugiere que la gravedad podría existir sin masa, potencialmente eliminando la necesidad de materia oscura. Esta nueva perspectiva desafía el paradigma actual y podría revolucionar nuestra comprensión de la estructura del universo.
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