En la década de 1930, un astrónomo suizo llamado Fritz Zwicky notó que las galaxias en un grupo distante orbitaban entre sí mucho más rápido de lo que deberían, sabiendo cantidad de masa visible que tenían. Propuso que una sustancia invisible, a la que llamó materia oscura, podría estar tirando gravitacionalmente de estas galaxias.
Desde entonces, los investigadores han confirmado que este material misterioso se puede encontrar en todo el cosmos y que es seis veces más abundante que la materia normal que conforma las cosas comunes como las estrellas y las personas. Sin embargo, a pesar de ver la materia oscura en todo el universo, la mayoría de los científicos todavía se están rascando la cabeza. A continuación las 11 preguntas más grandes sin respuesta acerca de la materia oscura:
¿Qué es la materia oscura?
En primer lugar, y quizás lo más perplejo, los investigadores siguen sin estar seguros de qué es exactamente la materia oscura. Originalmente, algunos científicos conjeturaron que la masa faltante en el universo estaba formada por pequeñas estrellas débiles y agujeros negros, aunque observaciones detalladas no han revelado suficientes objetos de este tipo para explicar la influencia de la materia oscura, como el físico Don Lincoln del Departamento de EE. UU. El principal contendiente actual para el manto de la materia oscura es una partícula hipotética llamada Partícula Masiva Débilmente Interactiva, o WIMP, que se comportaría como una especie de neutrón, excepto que sería entre 10 y 100 veces más pesada que un protón, como escribió Lincoln. Sin embargo, esta conjetura solo ha llevado a más preguntas, por ejemplo ...
¿Podemos detectar la materia oscura?
Si la materia oscura está hecha de WIMPs, deberían estar a nuestro alrededor, invisibles y apenas detectables. Si bien no interactúan mucho con la materia ordinaria, siempre hay una pequeña posibilidad de que una partícula de materia oscura pueda golpear una partícula normal, como un protón o un electrón, mientras viaja a través del espacio. Por lo tanto, los investigadores han desarrollado un experimento tras otro para estudiar enormes cantidades de partículas ordinarias en el subsuelo, donde están protegidas de la radiación interferente que podría simular una colisión de partículas de materia oscura. ¿El problema? Después de décadas de búsqueda, ninguno de estos detectores ha hecho un descubrimiento creíble.
¿La materia oscura consiste en más de una partícula?
La materia ordinaria está formada por partículas cotidianas como protones y electrones, así como por un zoológico completo de partículas más exóticas como neutrinos, muones y piones. Entonces, algunos investigadores se han preguntado si la materia oscura, que constituye el 85 por ciento de la materia en el universo, también podría ser tan complicada. Los protones oscuros podrían combinarse con los electrones oscuros para formar átomos oscuros, produciendo configuraciones tan diversas e interesantes como las que se encuentran en el mundo visible. Si bien estas propuestas se han imaginado cada vez más en los laboratorios de física, descubrir una manera de confirmarlas o negarlas ha sido hasta ahora ignorado por los científicos.
¿Existen fuerzas oscuras?
Junto con las partículas adicionales de materia oscura, existe la posibilidad de que la materia oscura experimente fuerzas análogas a las que siente la materia regular. Algunos investigadores han buscado "fotones oscuros", que serían como los fotones intercambiados entre partículas normales que dan lugar a la fuerza electromagnética, excepto que solo las sentirían las partículas de materia oscura. Los físicos en Italia se están preparando para romper un rayo de electrones y sus antipartículas, conocidas como positrones, en un diamante. Si los fotones oscuros existen, los pares electrón-positrón podrían aniquilar y producir una de las extrañas partículas que transportan la fuerza, lo que podría abrir un nuevo sector del universo.
¿Podría la materia oscura estar hecha de axiones?
A medida que los físicos se enamoran cada vez más de los WIMP, otras partículas de materia oscura comienzan a ganar popularidad. Uno de los reemplazos principales es una partícula hipotética conocida como un axión, que sería extremadamente liviana, quizás tan poco como 10, que se eleva a la potencia 3 1a menos masiva que un protón. Los axiones se están buscando en algunos experimentos. Las recientes simulaciones por computadora han aumentado la posibilidad de que estos axiones puedan formar objetos en forma de estrella, que podrían producir radiación detectable que sería bastante similar a los fenómenos misteriosos conocidos como explosiones de radio rápida.
¿Cuáles son las propiedades de la materia oscura?
Los astrónomos descubrieron la materia oscura a través de sus interacciones gravitacionales con la materia ordinaria, lo que sugiere que esta es su principal forma de dar a conocer su presencia en el universo. Pero cuando se trata de entender la verdadera naturaleza de la materia oscura, los investigadores tienen muy poco para continuar. Según algunas teorías, las partículas de materia oscura deberían ser sus propias antipartículas, lo que significa que dos partículas de materia oscura se aniquilarían entre sí cuando se encontraran. El experimento del espectrómetro magnético alfa (AMS) en la Estación Espacial Internacional ha estado buscando los signos reveladores de esta aniquilación desde 2011 y ya ha detectado cientos de miles de eventos. Los científicos aún no están seguros de si estos vienen de la materia oscura, y la señal aún no les ha ayudado a identificar exactamente qué es la materia oscura.
¿Existe la materia oscura en cada galaxia?
Debido a que supera enormemente a la materia ordinaria, a menudo se dice que la materia oscura es la fuerza de control que organiza grandes estructuras, como galaxias y cúmulos galácticos. Entonces, fue extraño cuando, a principios de este año, los astrónomos anunciaron que habían encontrado una galaxia llamada NGC 1052-DF2 que parecía contener casi nada de materia oscura. Aparentemente, la materia oscura no es un requisito para formar una galaxia. Sin embargo, un equipo independiente publicó un análisis que sugiere que el equipo de van Dokkum había medido incorrectamente la distancia a la galaxia, lo que significa que su materia visible era mucho más tenue y liviana que los primeros hallazgos y que la mayor parte de su masa estaba en la materia oscura que la anterior, previamente sugerido.
¿Qué pasa con los resultados de DAMA / LIBRA?
Un misterio de larga data en la física de partículas son los resultados desconcertantes de un experimento europeo conocido como DAMA/LIBRA. Este detector, ubicado en una mina subterránea debajo de la montaña Gran Sasso en Italia, ha estado buscando una oscilación periódica en partículas de materia oscura. Esta oscilación debería surgir a medida que la Tierra se mueve en su órbita alrededor del sol mientras vuela a través de la corriente galáctica de materia oscura que rodea nuestro sistema solar, a veces llamada viento de materia oscura. Desde 1997, DAMA/LIBRA ha afirmado que ve exactamente esta señal, aunque ningún otro experimento ha observado algo como esto.
¿Podría la materia oscura tener una carga eléctrica?
Una señal desde el principio de los tiempos ha llevado a algunos físicos a sugerir que la materia oscura podría tener una carga eléctrica. La radiación con una longitud de onda de 21 centímetros fue emitida por las estrellas en la infancia del universo, solo 180 millones de años después del Big Bang. Luego fue absorbido por hidrógeno frío que estaba alrededor al mismo tiempo. Cuando se detectó esta radiación en febrero de este año, su firma sugirió que el hidrógeno era mucho más frío de lo que los científicos habían predicho. El astrofísico Julian Muñoz, de la Universidad de Harvard, planteó la hipótesis de que la materia oscura con una carga eléctrica podría haber extraído el calor del hidrógeno omnipresente, algo así como cubos de hielo flotando en limonada. Pero la conjetura aún no se ha confirmado.
¿Pueden las partículas ordinarias descomponerse en materia oscura?
Los neutrones son partículas de materia regular con una vida limitada. Después de alrededor de 14,5 minutos, un neutrón solitario sin amarre de un átomo se descompondrá en un protón, un electrón y un neutrino. Pero dos configuraciones experimentales diferentes dan vidas ligeramente diferentes para esta decadencia, con la discrepancia entre ellos unos 9 segundos.
¿Existe realmente la materia oscura?
Dadas las dificultades a las cuales los científicos se han enfrentado al tratar de detectar y explicar la materia oscura, un interrogador razonable podría preguntarse si lo están haciendo todo mal. Durante muchos años, una minoría vocal de físicos ha promovido la idea de que quizás nuestras teorías de la gravedad son simplemente incorrectas, y que la fuerza fundamental funciona de manera diferente en grandes escalas de lo que esperamos. Conocidas a menudo como "dinámicas newtonianas modificadas" o modelos MOND, estas sugerencias sostienen que no hay materia oscura y que las velocidades ultrarrápidas a las que se ve que las estrellas y galaxias giran entre sí es una consecuencia de que la gravedad se comporte de manera sorprendente.
