Lamentablemente, esta entrada no va sobre la próxima película de Star Wars (y digo «lamentablemente» porque seguro que el número de seguidores subiría como la lava en Mustafar); de todos modos, prometo que será interesante; incluso más interesante que un post sobre Star Wars… (Oops!, acabo de perder cien seguidores): de lo que quiero hablarte es de materia y energía oscuras. Será la primera vez que lo haga, pero no la última (si sigues por aquí, verás que es uno de mis temas favoritos).

A mi entender, el mejor modo de introducir estos conceptos es describir las observaciones que nos han llevado a adoptarlos, así que, sin más preámbulos (que los fans de Star Wars se están poniendo nerviosos), empecemos por la materia oscura.

 

The dark side of the matter

El primer indicio de que algo extraño estaba ocurriendo se captó en 1933. Por entonces Fritz Zwicky (un astrónomo suizo radicado en Estados Unidos) dedujo la existencia de «materia no visible» en el cúmulo de galaxias Coma al calcular su masa total (basándose en el movimiento de las galaxias cercanas a su borde) y compararla con la masa observable de cada uno de sus componentes.

Con todo, los datos de Swicky hubieran quedado en algo anecdótico si a principios de los setenta (es decir, cuarenta años después) Vera Rubin (una astrónoma de la Carnegie Institution de Washington) no hubiese logrado demostrar que las estrellas de las galaxias espirales giraban con la misma velocidad angular en todas sus órbitas; lo que implicaba una densidad uniforme de materia en todo el disco galáctico… y por lo tanto muy superior a la observable.

Vera Rubin no lo tuvo fácil para convencer a la comunidad científica, sin embargo, sucesivas investigaciones ratificaron sus datos: la mayoría de las galaxias están dominadas por una suerte de «materia oscura», una sustancia desconocida que no interactúa con la luz. De buenas a primeras, descubrimos que un tipo de materia del que apenas sabemos nada supera en una proporción de cinco a uno (¡cinco a uno!) a aquella que podemos ver.

 

Es el efecto Doppler cuando te alejas de mí

El siguiente cambio radical en nuestra visión del cosmos se debe al descubrimiento (reciente) de la energía oscura. Pero para explicarlo, primero debo hablarte del efecto Doppler.

Dicho en palabras técnicas, el efecto Doppler es el cambio en la frecuencia de una onda percibido por un observador que se mueve en relación a su fuente… Pero al margen de la jerigonza, todos tenemos una idea intuitiva de en qué consiste.

El ejemplo más típico es el de la ambulancia: su sirena emite la misma frecuencia todo el tiempo, sin embargo, cuando el vehículo se aproxima al receptor, la frecuencia que recibe es más alta (aguda) que la emitida y cuando se aleja, la frecuencia que recibe es más baja (grave) que la emitida.

Lo mismo sucede con la luz. Cuando la fuente se aproxima, la frecuencia que se recibe es más alta que la emitida y se produce un «corrimiento» hacia el azul (es decir, hacia frecuencias más altas en el espectro de la luz visible). Por el contrario, cuando la fuente se aleja, la frecuencia que se recibe es más baja que la emitida y se produce un «corrimiento» hacia el rojo (es decir, hacia frecuencias más bajas en el espectro de la luz visible).

Ese fue el método empleado por Hubble a finales de la década del veinte para demostrar que el universo se expande y era el método que (a finales de siglo) estaban usando los astrofísicos para determinar si esa expansión se mantenía constante o, por el contrario, variaba.

 

Que le den candela

El hecho de que habitemos un universo con cinco veces más materia oscura que bariónica (aquella que podemos ver) les hacía sospechar que la gravedad resultante debía estarlo frenando, así que muchos experimentos de la década del noventa intentaron demostrar esa hipótesis. La idea era repetir el método de Hubble pero a una escala mucho mayor y con galaxias mucho más lejanas.

En astronomía, los objetos celestes que permiten calcular distancias astronómicas a través de su relación período-luminosidad se denominan «candelas estándar». Y el problema, por entonces, era que no se disponía de una lo suficientemente intensa como para poder ser vista a semejantes distancias.

No fue hasta 1992 que se encontró. Ese año, un grupo de investigadores adscritos al Proyecto Calan-Tololo, en Chile, determinaron con exactitud la relación período-luminosidad para un tipo específico de supernovas (las SN Ia) y una corrección de su curva luminosidad-enrojecimiento que reducía la dispersión de datos.

 

El reverso de la fuerza

Una vez afinada esta «candela estándar», dos grupos independientes, el High-Z Supernova Search Team y el Supernova Cosmology Project, se pusieron a buscar supernovas del tipo Ia en galaxias distantes. Su sistema de trabajo era sencillo: determinar la distancia exacta de la galaxia en la que se detectaba la explosión y asociar dicha distancia con el corrimiento al rojo (el alto corrimiento al rojo, en estos casos) de su espectro.

La idea que impulsaba ambos experimentos era la siguiente: dado un determinado corrimiento al rojo en el espectro de una galaxia, la ley de Hubble permite deducir la distancia a la que debería encontrarse, siempre que la velocidad de expansión del universo (la constante de Hubble) permanezca invariable. Por tanto, si al analizar supernovas del tipo Ia en dichas galaxias (muy muy lejanas, como la de Star Wars) su magnitud aparente (el brillo que llega hasta nosotros) es más intenso de lo que debería significará que la luz ha recorrido menos distancia de la que hubiera debido y que, por tanto, en el tiempo transcurrido desde su emisión la expansión del universo se ha decelerado. Si, por el contrario, su magnitud aparente es más débil, significará que ha recorrido más distancia y que, por tanto, en el tiempo transcurrido desde su emisión la expansión del universo se ha acelerado.

 

Warning!

Antes de seguir, es imprescindible recalcar que es la expansión del universo (es decir, del espacio-tiempo en sí mismo) la que decelera o acelera, no la luz que, como sabemos gracias a Einstein, se desplaza en el vacío a velocidad constante.

 

Más misteriosa que los midiclorianos

Los resultados del trabajo del High-Z Supernova Search Team se publicaron en septiembre de 1998 en The Astronomical Journal; los del Supernova Cosmology Project, en junio del año siguiente en The Astrophysical Journal. Y aunque la metodología de ambos equipos era completamente distinta, las conclusiones a las que llegaron, a decir de uno de sus responsables, se hallaron «en violenta concordancia».

¿Y cuáles fueron esas conclusiones? La mejor definición la da el propio título del primero de los trabajos: «Evidencia observacional basada en supernovas de un universo acelerado y una constante cosmológica».

Claro que, para que la aceleración se produzca, debe actuar una fuerza repulsiva distribuida uniformemente por todo el universo; una fuerza que no solo debe estar presente en el espacio, sino también en el tiempo (dado que su efecto no se diluye conforme el universo se expande).

El nombre que los científicos le han dado a esa fuerza desconocida es «energía oscura». Un término derivado del (o al menos, vinculado al) de «materia oscura». Lo cual resulta confuso porque, mientras la materia oscura lo es debido a que no interactúa con la luz, de la energía oscura no sabemos nada (ni siquiera si es «oscura»).

Lo que sí sabemos es que (para que la aceleración observada se produzca) la energía oscura debe suponer el 68% de todo cuanto compone el universo…

Y si a eso le sumamos que la materia oscura supera en una proporción de cinco a uno a la materia bariónica, llegaremos a la espeluznante conclusión de que toda la materia que podemos ver, toda la materia que podemos sentir y con la que podemos interactuar, representa apenas el 5% de este extraño universo que al parecer habitamos.

Quién sabe, quizá entre tanta energía y materia (aún) desconocida se encuentren los midiclorianos, esas criaturas microscópicas e indetectables que (según George Lucas) explicarían los designios de La Fuerza… Y con esto (mira por dónde) al final sí que he dado una exclusiva para los fans de Star Wars.

 

One Reply to “El lado oscuro del cosmos

  1. ¿De qué está compuesta la materia?
    Observa esto:
    – Según unos datos del CERN de abril 2017
    – Constataron Una Serie de Anomalías de Difícil Explicación en los Mesones B y que Escapan Al Modelo Estándar
    – Con una probabilidad estadística de ¡ 4,9 Sigmas! (Al combinar LHCb, ATLAS y CMS la anomalía en C9 = −1,21 ± 0,22 alcanza 4,9 sigmas, en C10 = +0,69 ± 0,25 unas 2,9 sigmas y en la combinación C9 + C10 = −0,62 ± 0,14 unas 4,2 sigmas.)
    – Y se preguntan … ¿Se oculta nueva física en estas anomalías?
    -Es muy poco lo que sabemos todavía, pero aquí está pasando algo importante.
    Hay que seguirlo de cerca por los buscadores de internet

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