No vemos todo lo que existe

La materia oscura existe s¨ª o s¨ª. Otra cosa es el exotismo de la materia oscura. La composici¨®n de nuestro universo, seg¨²n el modelo m¨¢s aceptado por los cient¨ªficos, requiere que m¨¢s del 80% de la materia, es decir, de todo aquello que tiene masa y ocupa un volumen, tiene que ser de naturaleza diferente a la que conocemos. Sin embargo, los astrof¨ªsicos y los f¨ªsicos de part¨ªculas llevamos a?os intentando detectar directamente esta materia ex¨®tica sin mucho ¨¦xito, por lo que su existencia est¨¢ empezando a ser puesta en duda. Para defender la afirmaci¨®n con la que abrimos este art¨ªculo hay que empezar por explicar qu¨¦ entendemos por materia oscura.

No es exactamente lo que hoy tenemos en mente los astrof¨ªsicos cuando hablamos de materia oscura, pero s¨ª es la definici¨®n m¨¢s b¨¢sica: todo lo que no vemos es materia oscura. ?Por qu¨¦ no vemos algo? Seg¨²n la RAE, porque carece de luz o claridad. Para contestar desde un punto de vista m¨¢s cient¨ªfico tenemos que diseccionar la definici¨®n. Lo primero: ?qu¨¦ es ver? Y para explicar la visi¨®n hay que ir a algo m¨¢s b¨¢sico, un concepto de los que m¨¢s gustan a los f¨ªsicos y especialmente a los astrof¨ªsicos: la interacci¨®n de la luz con la materia. Y seguimos diseccionando el tema: ?qu¨¦ es la luz? El comportamiento de la luz se puede estudiar considerando que es un conjunto de part¨ªculas, los llamados fotones, viajando a 300.000 kil¨®metros por segundo, o es un campo el¨¦ctrico y magn¨¦tico (electromagn¨¦tico) que var¨ªa en el tiempo peri¨®dicamente y se transmite por el espacio a la citada velocidad. Para explicar la interacci¨®n de la materia con la luz quiz¨¢s lo mejor es considerar esta como fotones. La propiedad b¨¢sica de un fot¨®n es su energ¨ªa, que no depende de otra cosa nada m¨¢s que de su frecuencia, que ser¨ªa la velocidad a la que var¨ªa el campo electromagn¨¦tico. Tambi¨¦n se suele hablar de fotones de una determinada longitud de onda, relacionada con la frecuencia y que podr¨ªamos considerar como una distancia caracter¨ªstica de variaci¨®n de la onda electromagn¨¦tica.

Podemos ver una cosa con nuestros ojos b¨¢sicamente porque esa cosa emite fotones o porque refleja los creados por otra cosa. La materia tambi¨¦n puede desviar fotones ligeramente sin llegar a reflejarlos como un espejo, o puede absorberlos y hacerlos desaparecer. ?Qu¨¦ cosas emiten fotones? Pues una bombilla, el Sol, las estrellas, la Tierra misma, o Marte, tan bonito en estos d¨ªas que es visible durante toda la noche, emiten fotones, ?y nosotros!, todos emitimos fotones, ?pero no los que vemos con nuestros ojos! La luz que vemos de los planetas y de otras personas o cosas en la Tierra son fotones reflejados, creados por el Sol o la iluminaci¨®n artificial. Aqu¨ª est¨¢ la otra parte del fen¨®meno de la visi¨®n: los fotones que nos vienen de las cosas nosotros los detectamos con nuestra retina, que es un detector de luz natural, an¨¢logo, aunque much¨ªsimo peor, que los detectores de luz de nuestras c¨¢maras fotogr¨¢ficas. La retina es peor, entre otras cosas, porque solo es sensible a fotones con energ¨ªas espec¨ªficas, los correspondientes a lo que se denomina rango ¨®ptico. Nuestra retina es un detector de ondas de campo electromagn¨¦tico que var¨ªa del orden de 400 a 750 billones de veces por segundo (o 400-750 terahercios). Si nos llega un campo electromagn¨¦tico que var¨ªa m¨¢s r¨¢pido o m¨¢s despacio, nuestro nervio ¨®ptico ni se entera (salvo que podemos quemar los receptores). Si nos llega muy poca luz tampoco nos enteramos, porque en realidad la retina solo detecta del orden de dos de cada 100 fotones ¨®pticos que recibe. Solo esos producen una reacci¨®n qu¨ªmica que se convierte en corriente el¨¦ctrica y que provoca nuestra percepci¨®n visual.

Si nos restringimos a lo que nuestro ojo ve, la realidad solo ser¨ªan aquellas cosas que emiten o reflejan fotones en el rango ¨®ptico, que abarca todo el conocido arco¨ªris, del violeta hasta el rojo, con cada color correspondiente a un estrecho rango de frecuencias

Por tanto, si nos restringimos a lo que nuestro ojo ve, la realidad solo ser¨ªan aquellas cosas que emiten o reflejan fotones en el rango ¨®ptico, que abarca todo el conocido arco¨ªris, del violeta hasta el rojo, con cada color correspondiente a un estrecho rango de frecuencias. Adem¨¢s, esa realidad estar¨ªa limitada a lo que tiene un brillo suficiente como para que los fotones que llegan a nuestra retina provoquen la excitaci¨®n de nuestros receptores. As¨ª que muchas cosas muy cotidianas ser¨ªan materia oscura. Empezando por el aire de la atm¨®sfera porque no lo vemos, es transparente para nuestro ojo, no nos llegan (normalmente) fotones ¨®pticos de ¨¦l. Los virus ser¨ªan tambi¨¦n materia oscura, tampoco los vemos. Pero el aire existe e incluso podemos percibirlo cuando el efecto de las turbulencias de la atm¨®sfera se deja notar en la trayectoria de los fotones en un d¨ªa caluroso sobre el asfalto o cuando vemos titilar las estrellas por el efecto del seeing, que ya explicamos en otro art¨ªculo. Tambi¨¦n podemos verlo, al menos una componente del aire, gracias al fen¨®meno de las auroras boreales, cuando el ox¨ªgeno del aire emite luz en el ¨®ptico, en el color rojo o, m¨¢s com¨²nmente, verde, o el nitr¨®geno emite luz azul.

En cuanto a los virus, podemos hacer im¨¢genes de ellos con microscopios electr¨®nicos y ver ampliaciones en una pantalla de ordenador, pero no los vemos en s¨ª, los fotones ¨®pticos no interaccionan con los virus, podr¨ªamos decir que tienen escalas diferentes en el sentido de que la llamada longitud de onda de los fotones ¨®pticos, que abarca desde 400 a 750 milmillon¨¦sima de metro, es m¨¢s grande que el tama?o de los virus, que es del orden unas 10 milmillon¨¦simas de metro. Es como intentar darle a una mosca con una raqueta de tenis. En realidad las im¨¢genes de los virus se hacen con haces de electrones, no de fotones, creados por un emisor y que, tras interaccionar con los ¨¢tomos del virus, nos ayudan a recomponer su estructura y representarla en una imagen digital que s¨ª podemos visualizar.

Las im¨¢genes de los virus se hacen con haces de electrones, no de fotones, creados por un emisor y que, tras interaccionar con los ¨¢tomos del virus, nos ayudan a recomponer su estructura y representarla en una imagen digital

As¨ª que incluso en la Tierra hay un mont¨®n de materia oscura seg¨²n nuestra definici¨®n b¨¢sica y muy err¨®nea desde el punto de vista astrof¨ªsico. Ciertamente hay formas de ver materia que no pasan por detectar fotones ¨®pticos sin m¨¢s, incluso hay formas de saber de la existencia de materia sin necesidad de la luz. Lamentablemente ahora mismo la mayor parte de la informaci¨®n del universo la debemos obtener a trav¨¦s de fotones, no podemos usar ni haces de electrones ni tampoco tenemos telescopios de ondas gravitatorias suficientemente potentes. En los siguientes art¨ªculos hablaremos de materia en el universo que solo vemos a trav¨¦s de fotones a los que nuestro ojo no es sensible. Pero... ?hay materia que ni emite ni refleja la luz, que pasa de ella completamente?

Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez es investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Cient¨ªficas y del Instituto Nacional de T¨¦cnica Aeroespacial (CAB/CSIC-INTA)

Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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