La gélida materia oscura del universo o lo inmensamente grande y lo infinitamente pequeño

dibujo20081207gaiaesaLa mayor parte de la materia del universo es materia oscura. Es oscura porque no interactúa con la fuerza electromagnética, por lo que parece transparente. Sabemos, o creemos saber, que existe, pues no ha sido detectada de forma directa aún (el famoso “si no lo veo, no lo creo”). Creemos saber que existe por sus efectos gravitatorios sobre la materia visible ordinaria (bariónica). Quizás el LHC (Large Hadron Collider) del CERN detecte este tipo de materia. O quizás no. ¿Qué se puede saber sobre ella usando la Astronomía? Gerard Gilmore, “How Cold Is Cold Dark Matter?,” Science, 322, 1476, 5 December 2008 , trata de dar respuesta a esta pregunta.

¿Cómo influye la materia oscura en la evolución de las estructuras del universo a pequeña y gran escala? Si lo supiéramos en detalle podríamos diferenciar entre los múltiples candidatos a materia oscura que han sido propuestos.

A gran escala en el universo tenemos que recurrir a los datos del fondo de microondas obtenidos por el WMAP, que nos indican cómo era el universo cuando contaba sólo unos 300 mil años tras la Gran Explosión. La materia oscura caliente (partículas de pequeña masa que se mueven a velocidades ultrarrelativistas) y la materia oscura fría (partículas de gran masa que se mueven a velocidades no relativistas) generarían una distribución de “grumos” a diferente escala. La comparación entre simulaciones numéricas y los datos experimentales del WMAP muestra que la materia oscura contiene cierta contribución caliente (neutrinos masivos), ondas gravitatorias, y radiación, aunque la componente dominante es materia oscura fría (posiblemente algún nuevo tipo de partícula aún desconocido).

A pequeña escala en el universo, la escala de las galaxias, nos tenemos que limitar a nuestro Grupo Local de galaxias, al que pertenece nuestra Vía Láctea. Los datos observacionales más recientes indican que el número de galaxias satélite enanas (en concreto alrededor de la Vía Láctea) es mucho mayor del que se pensaba. La formación de estas galaxias enanas, en los primeros mil millones de años de historia del universo, estaba dominada por la materia oscura. El número de estas galaxias satélite es mucho mayor de lo que se pensaba y sus estructuras luminosas tienen un tamaño de mínimo de unos 300 años luz. Esta última característica depende del tipo de materia oscura considerada. Sin embargo, todavía los datos no son lo suficientemente exactos como para discriminar sus propiedades más importantes. La materia oscura es clave para entender la dinámica galáctica y esta última para entender muchas de las propiedades de la primera.

La misión de la Agencia Espacial Europea (ESA) llamada Gaia, que se lanzará en 2011, medirá de forma muy precisa las distancias absolutas y las velocidades transversales de más de mil millones de estrellas con una magnitud inferior a 20. Estas medidas de paralaje permitirán identificar gran número de las propiedades de la materia oscura en nuestro entorno cercano.

La materia oscura es un buen ejemplo de cómo la astrofísica y la física de partículas elementales se dan la mano. Lo inmensamente grande y lo infinitamente pequeño. Maravillas de la física moderna.

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