Parte de lo que aprendí en el curso “Del
big bang a la energía oscura” (COURSERA).
Desde
la escuela comenzamos a estudiar la materia ordinaria. Sabemos que tiene volumen, aunque sea tan diminuto que no
podemos verla a simple vista. También hemos aprendido su efecto inercial (resistencia al cambio),
relacionado con su masa, y su efecto gravitacional; siempre atrae a
otras porciones de materia.
Sabemos que está formada de átomos y que éstos a su vez de partículas subatómicas (electrones, protones y neutrones).
La investigación más reciente nos dice que existen al menos 12 tipos de partículas elementales de materia (fermiones), más sus respectivas antipartículas, todas producidas experimentalmente en laboratorios y también observadas en el universo, excepto éstas últimas; la antimateria, cuya existencia solo se ha verificado en la Tierra y con una vida media cortísima.
El año pasado los investigadores del CERN, usando el Gran Colisionador de Hadrones encontraron evidencia de una partícula con características correspondientes al bosón de Higgs, la partícula que proporciona la masa a todas las demás.
Si tiene tiempo y para ambientarse le recomiendo leer algunas de mis entradas anteriores: Partículas elementales. Bosón de Higgs. Fermiones y bosones. Neutrinos con sabor oscilante.
Sabemos que está formada de átomos y que éstos a su vez de partículas subatómicas (electrones, protones y neutrones).
La investigación más reciente nos dice que existen al menos 12 tipos de partículas elementales de materia (fermiones), más sus respectivas antipartículas, todas producidas experimentalmente en laboratorios y también observadas en el universo, excepto éstas últimas; la antimateria, cuya existencia solo se ha verificado en la Tierra y con una vida media cortísima.
El año pasado los investigadores del CERN, usando el Gran Colisionador de Hadrones encontraron evidencia de una partícula con características correspondientes al bosón de Higgs, la partícula que proporciona la masa a todas las demás.
Si tiene tiempo y para ambientarse le recomiendo leer algunas de mis entradas anteriores: Partículas elementales. Bosón de Higgs. Fermiones y bosones. Neutrinos con sabor oscilante.
La
partícula de materia más conocida es el electrón.
El efecto de un solo electrón no lo podemos apreciar, pero si el de una pequeña
corriente de éstos, como la que usa su odontólogo para probar el estado del
nervio en uno de sus dientes.
El efecto de un solo electrón no lo podemos apreciar, pero si el de una pequeña
corriente de éstos, como la que usa su odontólogo para probar el estado del
nervio en uno de sus dientes. La más conocida entre las que no tienen masa es
el fotón, que estimula las células de
la retina de nuestros ojos y nos permite ver los objetos del universo que
interaccionan con la luz.
- ¿Por qué materia?
- Nuestra experiencia con la gravitación en el Sistema
Solar, nos confirma que el campo gravitatorio de la materia ordinaria disminuye
con el inverso cuadrado de la distancia [F=GMm(1/r2)]. Por eso los
planetas recorren órbitas con rapidez angular menor mientras más lejanos estén
del Sol [v= (Gm/r)1/2]. Así, Mercurio realiza una revolución
completa en 87,969 días (moviéndose a 47,87 km/s), Júpiter en 4 333 días (13,07 km/s), mientras que Neptuno
necesita 60 190 días (5,43 km/s).
- Sin embargo, se ha medido que la velocidad de rotación de las estrellas en las galaxias observadas es muy grande y se mantiene casi constante a pesar de la distancia al centro galáctico. Por ejemplo el Sol, que está unos 28 000 años luz del centro de la Vía Láctea, se mueve a 220 km/s. Esta velocidad es mayor que la esperada si se toma en cuenta solo la masa ordinaria total de las estrellas, polvo, gas, y hasta un posible agujero negro super-masivo en el centro galáctico.
- Se necesita entonces algún otro tipo de objetos que produzcan mucho más atracción gravitatoria, para mantener la velocidad de esas estrellas y es a esos objetos que proporcionan la masa extra a los que llamamos materia oscura.
- El sustantivo materia es apropiado, pues nuestra experiencia con la materia ordinaria es que ejerce atracción gravitatoria, así que si algo que de momento no sabemos que es, también lo hace, entonces parece lógico llamarlo materia. Y le agregamos un adjetivo (oscura) que recuerda nuestro desconocimiento relativo de algunas de sus características y propiedades.
- La humanidad siempre que se ha topado con algo desconocido, pronto le ha puesto un nombre (materia oscura en este caso), pues es la manera apropiada para referirnos a él. Luego vendrán las investigaciones para identificarlo de la mejor manera y es eso lo que se está haciendo ahora.
- ¿Por qué oscura?
- Bueno, en parte porque a pesar de que tenemos buena evidencia para considerar que existe, desconocemos lo que es. Pero esto no es lo importante, en sus inicios todos los campos del conocimiento, tienen algo de oscuridad.
- Desde luego no la podemos “ver” en ningún rango del espectro electromagnético, porque no interacciona (o lo hace extremadamente débil) con los fotones, !es transparente!
- No hemos descubierto ninguna partícula elemental de materia oscura, aunque sospechamos por análisis teóricos, que deben existir.
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| Modelo del halo de materia oscura en la Vía Láctea. |
- Interactúa muy débilmente con el resto de la materia del universo y con ella misma.
- Una posibilidad es que esté constituida por partículas elementales denominadas WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), cuya masa mínima se ha calculado en 300 GeV/c2.
- Se mueve lentamente (“materia oscura fría”).
- Es eléctricamente neutra.
- Tiene una larga vida media, por lo menos 13 800 millones de años. Nos acompaña desde que el universo tenía 10-10 s, casi desde el big bang.
- Quizás haya grandes objetos con propiedades oscuras, como estrellas y planetas que no brillan, hasta agujeros negros, alrededor del centro galáctico (halo), que son los responsables de proveer la masa requerida. Lo que los cosmólogos llaman MACHO (Massive Compact Halo Object).
