Quién acuñó el término «materia oscura»

Dibujo20180219 Milky Way Theory Gases H Poincare 1906

Mucha gente supone que el término «materia oscura» fue usado por primera vez en los 1970 por Vera Rubin o en los 1930 por Fritz Zwicky. Sin embargo, el término «matière obscure» (en francés) fue acuñado por Henri Poincaré en 1906 en referencia a las «estrellas oscuras» de la Vía Láctea propuestas por Lord Kelvin en 1904. Según Kelvin las estrellas de nuestra galaxia (en aquella época la única conocida) se podían estudiar como un gas; el estudio cinemático de su velocidad permitiría detectar la existencia de «estrellas oscuras», cuyo brillo se habría extinguido, siendo imposibles de ver solo con luz. Poincaré divulgó estas ideas en la revista L’Astronomie, traducida al inglés en Popular Astronomy.

La existencia de objetos astrofísicos «no visibles» es muy antigua. En 1783 John Michell propuso la existencia de estrellas tan masivas que no dejaban escapar la luz. Dichas «estrellas no visibles» se podrían detectar mediante sus efectos gravitacionales como propuso Friederich Bessel en 1844. De hecho, las nubes de materia «no visible» fueron una de las explicaciones propuestas para la anomalía del perihelio del planeta Mercurio de Le Verrier, cuando no se encontró el planeta Vulcano entre el Sol y Mercurio.

Lo interesante de la idea de Kelvin en 1906 es que propuso el método de detección de la materia oscura que se usa hoy en día. El propio Poincaré sugirió explorar la idea de Kelvin con algunas galaxias (entonces llamadas nebulosas), como Andrómeda (M31), y cúmulos galácticos (entonces llamados cúmulos de nebulosas), como el cúmulo de Hércules (M13) y el cúmulo de los Perros de Caza (M94). La idea de Kelvin fue redescubierta en 1915 por Ernst Opik y en 1922 por Jacobus Kapteyn. Uno de sus alumnos, Jan Oort, emprendió en 1932 el primer análisis cinemático de estrellas cercanas al Sol para buscar «estrellas oscuras».

Para saber más sobre la historia de la materia oscura en la primera mitad del siglo XX y los trabajos pioneros de astrónomos como Fritz Zwicky te recomiendo Gianfranco Bertone, Dan Hooper, “A History of Dark Matter,” FERMILAB-PUB-16-157-A, arXiv:1605.04909 [astro-ph.CO]. Por cierto, si quieres disfrutar de los artículos originales son Lord Kelvin, “Baltimore lectures on molecular dynamics and the wave theory of light,” (1904) [Archive.org], y H. Poincaré, L’Astronomie 158 (1906), traducción al inglés en Popular Astronomy 14: 475-488 (1906) [SAO/NASA ADS].

17 comentarios

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Alex S Alex S

Felicitaciones, toda la entrada me ha parecido muy interesante por la perspectiva histórica que da. Es como revestir de una pátina clásica el termino materia oscura.
En particular me ha llamado la atención el que en 1783 John Michell propuso la existencia de estrellas tan masivas que no dejaban escapar la luz. No sé si se ha cubierto ya en alguna otra entrada del blog, pero pienso que daría pie a hacer una perspectiva histórica de los agujeros negros.
Repito: ¡excelente entrada tanto por informativa como por evocadora!

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

Así es, Alex, en todas las charlas sobre agujeros negros se menciona el trabajo de Michell (https://en.wikipedia.org/wiki/John_M...Black_holes), considerado el “abuelo” de los agujeros negros. Aún así, hay que tener cuidado, no es verdad que un agujero negro sea un “objeto material astrofísico con velocidad de escape superior a la velocidad de la luz”, como propuso Michell; los agujeros negros son espaciotiempo vacío curvado, pero tan curvado que aparece un horizonte dentro del cual la velocidad de escape es superior a la velocidad de la luz. Los agujeros negros no son objetos materiales, como concibió Michell (a pesar de que aparenten tener masa vistos desde fuera del horizonte).

Pablo Pablo

Pero los objetos reales que conocemos como agujeros negros sí que tienen masa ya que proviene de la de la estrella que los generó después de colapsar, no?

Alex S Alex S

Seguro que Francis responde mejor que yo, que no soy especialista, pero creo que al colapsar el agujero negro se convierte en singularidad que ya no puede considerarse como masa.

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

Pablo, toda la masa de la estrella progenitora se transforma en energía gravitacional (curvatura del espaciotiempo vacío); el agujero negro no tiene masa, pero se llama “masa” (en rigor masa ADM) del agujero negro a la masa que tendría un cuerpo que curve el espacio igual que el agujero negro visto desde el infinito (muy lejos del horizonte).

Pablo Pablo

Muchas gracias Francis y Amarashiki. ¿Y se sabe por qué razón la estrella progenitora que tiene una masa justo inferior al límite TOV colapsa en un objeto con masa (estrella de neutrones o similar), mientras qué a otra con una masa prácticamente igual pero por encima del límite la convierte energía gravitacional? ¿ Y se almacena esa energía en forma de curvatura del espacio-tiempo o hay otras posibilidades (gravitones, cuerdas cerradas…)

Francisco R. Villatoro Francisco R. Villatoro

Pablo, hay un compromiso entre la gravitación (que depende de la masa que implosiona, siempre menor que la inicial, pues las capas exteriores explosionan) y la interacción que actúe en el núcleo (que depende de la densidad, la presión y la temperatura ). Para una estrella por encima del límite TOV no conocemos ninguna interacción suficientemente fuerte como para detener el colapso. Para una estrella de menor masa hay interacciones capaces de hacerlo que dan lugar a objetos compactos (como estrellas de neutrones).

Por otro lado, no sabemos si los gravitones existen, pero si existen el espaciotiempo debe emerger de su interacción mutua, luego curvatura y gravitones son la “misma” cosa; tampoco sabemos si existen las cuerdas cerradas, pero en su caso, una de sus vibraciones serían los gravitones.

Carlos Reyes Carlos Reyes

Exquisito tu análisis, es como remontarse al principio de los tiempos de la física, saca a colación algo que nunca habia escuhado, pero muy importante por los personajes que intervienen y el concepto que se tenia del universo y de la física, gracias Francis por todo esto.

Amarashiki Amarashiki

Los agujeros negros son, sin duda, el descubrimiento más espeluznante de la Física teórica. Me gustaría entrar al trapo de lo que algunos preguntan arriba. Como dice Francis, en principio, un agujero negro es un espacio-tiempo altamente curvado que es solución a las ecuaciones de campo de la relatividad general en el vacío (aunque también hay agujeros negros solución a las ecuaciones de Einstein-acopladas a las ecuaciones de Maxwell, es decir, hay agujeros negros que son soluciones a las ecuaciones de Einstein y cuyo tensor energía momento viene de acoplarlo a Maxwell, grosso modo, estoy intentando ser genérico). El verdadero punto de la discusión, es que, por ejemplo, cuando se resuelve las ecuaciones de Einstein en el vacío, en cierto caso sale una solución cuyo parámetro es la masa. Teóricamente, sin entrar en modificaciones de la gravedad o la gravedad cuántica o teoría de cuerdas, por ejemplo tomemos la solución de Schwarzschild, una solución de vacío se puede interpretar como un espacio tiempo con una singularidad y, sorprendetemente, con un horizonte de eventos. El que un agujero negro de Schwarzschild tenga masa, proviniente del colapso, simplemente es una vuelta de tuerca más al hecho de que el espacio-tiempo en sí mismo tiene simetrías. Yo he pensado mucho, a la luz de las correspondiencias fluid/gravity, en si realmente tiene algún sentido hablar de que el espacio-tiempo sea “materia”. Pero creo es un problema de lenguaje que en el fondo es el mismo que hay con el campo electromagnético: desde la relatividad, toda energía se puede ver como masa y viceversa. No podemos pensar, a priori, en que el campo electromagnético o el gravitacional (el espacio-tiempo en sí mismo) sean materia “usual”. Solamente que tienen un equivalente en masa. Por supuesto, hay formulaciones duales en las que uno se cuestiona si el espacio-tiempo es algún tipo de materia “exótica”. De hecho, si uno pensara que el espín dos o espín cero (suponiendo éste fuera un dilaton) fueran en el fondo composites de la estructura twistorial o espinorial del espacio tiempo, tendría algún sentido hablar de la materia que fabrica el espacio-tiempo o sus propios “átomos”. Pero incluso con cuerdas, no tenemos aún una idea de qué son los microconstituyentes de los agujeros negros. Hasta donde yo entiendo, la crítica vedada (que no última, puesto que él incluso ha tiene lectures) de t Hooft a cuerdas es que incluso ella no aclara al final qué es el propio espacio-tiempo,…Solo hace un desplazamiento de la pregunta…¿Qué es una supercuerda o de qué está hecha una supercuerda? Esencialmente, el propio espacio-tiempo y las partículas elementales son excitaciones de la cuerda o loop fundamental (sea crítica o no crítica), pero deja sin responder la pregunta de la composición interna de las cuerdas, que quizás no tiene respuesta sin fenomenología. De todas formas, son cuestiones fundamentales que iremos respondiendo según avanza la Ciencia,…Y sus instrumentos.

Pelau Pelau

Excelente, Amarashiki, como siempre.

A ver qué te parece esta posible solución al problema de lenguaje: un gujero negro es un solitón gravitacional, es decir, una onda gravitacional que se propaga por el espacio-tiempo como un objeto masivo. ¿Tiene sentido?

Saludos.

Pablo Pablo

Hola Amarashiki,
Suponiendo muchas cosas en el contexto de cuerdas, también podría interpretarse el colapso a un agujero negro como la conversión de cuerdas abiertas (quarks y leptones) en cuerdas cerradas (gravitones). Si los extremos de dichas cuerdas abiertas estaban fijadas a diferentes branas, ¿la unión de dichos extremos para generar cuerdas cerradas podría resultar de algún modo en la curvatura en el espacio tiempo?

Bioquímico Bioquímico

Llevo algo más de un año leyéndote y hasta hoy no sabía que eras tú quien me iba a dar clases de informática…
Eres un grande, me encanta tu blog.

miguel miguel

Lo que leí (primero a Isaac Asimov y luego en Scientific American en la biblioteca cuando estaba en la universidad la primera vez) es que agujero negro era un término peyorativo que al final se volvió contra su inventor (el cual no creía en estos objetos). Entonces empecé a leer también sobre la falta de materia y recuerdo la aprensión y casi la esperanza que estuviese formada por estrellas enanas marrones.

Por otro lado, una estrella de neutrones es la materia colapsada de forma que los electrones y potrones vencen su repulsión y forman neutrones (que no se si se desintegrarán y volverán a colapsar). ¿No podría ser un agujero negro una estrella de quarks?, es la respuesta de quien no sabe y se pone a compactar materia.

Finalmente, no soy físico, ley el famoso libro sobre la teoría de cuerdas y la verdad es que es muy “tranquilizador” (no encuentro otra palabra) la forma en que los justifica. También he leído “agujeros negros y tiempo curvo”, peazo de libro para los no físicos.

Muchas gracias Francis.

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