Euclides y la materia oscura.

Este sábado 1 de julio, a las 09:11 hora de Costa Rica (https://www.facebook.com/EuropeanSpaceAgency/), será lanzado desde Cabo Cañaveral, el Telescopio Espacial Euclid (https://es.wikipedia.org/wiki/Euclid_(nave_espacial)), que tratará de descubrir “materia oscura” y “energía oscura” escudriñando cierta región del espacio profundo. Observará miles de millones de galaxias a 10 mil millones de años luz.

Telescopio espacial "Euclid".

Lleva el nombre del matemático griego Euclides de Alejandría (300 aec) que fundó el tema de la geometría. Como la densidad de la materia y la energía está vinculada a la geometría del universo, la misión fue nombrada en su honor.

Se trata de un telescopio de 1,2 m de diámetro que recibirá luz visible y también infrarrojo cercano, un proyecto de la Agencia Espacial Europea (ESA), con cierta cooperación de la NASA.
Euclid finalmente se colocará a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en una “órbita de halo”, alrededor del punto L2 del sistema Tierra-Sol, como lo hace el Telescopio James Webb.

Desde la escuela comenzamos a estudiar la materia ordinaria. Sabemos que tiene volumen, aunque sea tan diminuta que no podemos verla a simple vista. También hemos aprendido su efecto inercial (resistencia al cambio), y su efecto gravitatorio (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 y los dos últimos de “cuarks”.

La investigación más reciente nos dice que existen al menos 12 tipos de partículas elementales de materia  y sus respectivas antipartículas, todas producidas experimentalmente en laboratorios y también observadas en el universo, excepto éstas últimas.
Si tiene tiempo y para ambientarse le recomiendo leer algunas de mis publicaciones  anteriores (a nivel de divulgación):
Partículas elementales,
Bosón de Higss,
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. 

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. Así, Mercurio realiza una revolución completa en 87.969 días, Júpiter en 4333 días, mientras que Neptuno necesita 60190 días.

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 supermasivo en el centro galáctico.

Parece entonces que se necesita algún otro tipo de objetos que produzcan mucha 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. 

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 referirse 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, como le dije, 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 han tenido algo de oscuridad.
Desde luego no la podemos “ver” (hasta ahora) 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 debe existir.  

Entonces, ¿qué sabemos hasta ahora? 

• Interactúa muy débilmente con el resto de la materia del universo y con ella misma.
  
• Una posibilidad es que esté constituida por partículas elementales
• 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, en el centro de las galaxias, que son los responsables de proveer la masa requerida.