El Místico

lunes, 7 de enero de 2013

El lado oscuro de la energía y la materia


El lado oscuro de la energía y la materia
El Profesor Alberto Unapiedra nos desburra con una interesante nota sobre la energía y la materia oscura en el universo.
Siguiendo con las cosas que nos llaman la atención por su nombre, voy a contarles sobre la materia oscura y la energía oscura. Seguramente todos escuchamos estos nombres muchas veces en las noticias, pero en muy pocas oportunidades nos explican de que se trata.
Según la Real Academia Española, oscuro es lo que carece de luz o claridad. Pero también es aquello confuso, falto de claridad, poco inteligible. Veremos que este tema tiene más que nada que ver con lo primero, aunque la segunda definición también le queda.
La mayoría de las teorías sobre la evolución del Universo, desde su origen hasta su fin, necesitan tener como parámetro la cantidad total de materia que existe. Si bien el "peso del Universo" es claramente un número espantosamente grande, debería ser posible estimarlo y realizar observaciones para medirlo.
Sabemos desde hace tiempo que el Universo se expande. Cada kilogramo de materia atrae gravitatoriamente a todo lo demás. Esto quiere decir que si la cantidad de materia o masa total fuera muy grande, el Universo podría dejar de expandirse, frenarse y volver a contraerse. O bien seguir expandiéndose eternamente, hasta que todo estuviera tan lejos de todo lo demás como para que cualquier interacción fuera muy poco probable. En pocas palabras, el destino final depende de la masa total que existe.
¿Cómo calculamos esa masa? Empecemos por algo menos ambicioso, digamos nuestro Sistema Solar. Si lo viéramos desde cierta distancia, lo único visible sería el Sol. Los planetas, asteroides, cometas y todo el resto no emite luz propia. Para nosotros, astrónomos de algún lugar lejano en el espacio, sólo existe una estrella. Analizando su brillo y tamaño podríamos estimar su masa. ¿Estaríamos muy errados por no saber que está acompañada por muchas cosas que no vemos? No mucho. El Sol tiene el 99,8 % de toda la masa del Sistema Solar. En este caso nuestra estimación sería bastante buena. Envalentonados por este cálculo, decidimos hacer lo mismo con toda la Vía Láctea. Estimamos el número de estrellas midiendo el brillo total de la galaxia y después calculamos la masa. Para corroborar nuestro número, medimos la velocidad de rotación de la galaxia y vemos si es consistente. Vemos que hay más estrellas cerca del centro y que la densidad disminuye hacia afuera. Suponemos entonces que las partes más externas deberían girar más lento, tal como los planetas más alejados del Sol tienen órbitas más largas, de cientos de años. Para nuestra sorpresa, esto no ocurre. Todo gira prácticamente a la misma velocidad, pero la cantidad de materia visible no alcanza para explicar este hecho. Las estrellas más alejadas deberían salir disparadas hacia afuera de la galaxia, pero hay algo que las hace quedarse en su lugar. Decimos entonces que hay materia oscura, que no podemos ver y cuya atracción gravitatoria mantiene unida a la galaxia. Esto concuerda con nuestra primera definición de la palabra oscuro.
Nos queda por saber que sería esta materia. Quizás se trate de materia ordinaria, pero que simplemente no emite luz ni puede ser detectada indirectamente. Se ha postulado la existencia de objetos similares a Jupiter, aunque mucho más grandes. Tienen una masa importante, pero no suficiente para encenderse como una estrella. Hacen falta muchos, demasiados para explicar el faltante de masa. Otros científicos dicen que los neutrinos son tan abundantes que, aunque tengan una masa extremadamente pequeña, podrían dar cuenta de lo que falta para que las cuentas cierren.
Las alternativas serían varios tipos de partículas desconocidas y que no interactúan con la materia ordinaria, haciéndolas muy dificiles de detectar. Por supuesto, este mismo hecho implica la dificultad de probar estas teorías mediante experimentos u observaciones. Caemos así en la segunda definición de la palabra...Es casi desesperante para los astrónomos y astrofísicos pensar que la mayor parte del Universo está hecho de algo que no podemos detectar con nuestros instrumentos y no sabemos que es.
Hablábamos al principio de la expansión del Universo. Cuando Einstein formuló su Teoría de la Relatividad General, agregó una constante a sus ecuaciones (conocida como constante cosmológica) porque en su época el Universo se consideraba estático, mientras que sus cálculos indicaban lo contrario. Años después él mismo dijo que éste había sido el error más grande de su vida. Sin embargo, esta parte de las ecuaciones relativistas volvió como un fantasma molesto que no termina de encontrar su camino de salida. Si se analiza el término agregado por Einstein, el resultado es que representa una especie de presión que acelera la expansión del Universo. No sólo se expande, sino que cada vez lo hace a mayor velocidad. Observaciones realizadas hace unos años utilizando supernovas tipo IA parecen indicar que esta aceleración es real. Los datos no son definitivos, pero ya se ha bautizado a esta fuerza que empuja la expansión como energía oscura. Tampoco sabemos de que se trata, pero no por eso deja de ser apasionante su estudio.
No me gustaría que esta nota deje la impresión de que no sabemos nada sobre el Universo. En menos de 100 años y gracias al avance de la tecnología, pasamos de catalogar estrellas y observar fenómenos a realizar mediciones de precisión similares a las que se pueden hacer en un experimento de laboratorio. Falta mucho por entender, pero los grandes avances logrados nos animan a seguir.
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