Acoso cient¨ªfico a la materia oscura del universo

En 1933, el estudio de algunas concentraciones de galaxias llev¨® al astr¨®nomo suizo Fritz Zwicky a afirmar que al menos un 90% de la masa del Universo escapaba a nuestras observaciones ?D¨®nde est¨¢? ?De qu¨¦ est¨¢ hecha? M¨¢s de 60 a?os m¨¢s tarde este enigma a¨²n se resiste a los investigadores. Los pretendientes se dividen en dos categor¨ªas de candidatos: objetos con masa, los machos, o part¨ªculas conocidas (los neutrinos) o por descubrir (los wimp).Los descubrimientos m¨¢s recientes permiten afirmar hoy que los machos probablemente no contribuyen m¨¢s que en una proporci¨®n muy escasa a este colosal d¨¦ficit. Los investigadores esperan mucho de los neutrinos o de part¨ªculas muy ex¨®ticas. Ya se han obtenido algunos resultados, negativos, pero no definitivos, sobre los primeros. Por lo que respecta a los segundos, hay algunos experimentos en curso. Varios decenios de acoso no han permitido todav¨ªa adivinar el misterio de la materia oscura, invisible pero perceptible por sus efectos sobre el movimiento de las galaxias.

Molesto gusano

En el coraz¨®n de la manzana c¨®smica se esconde un molesto gusano. Es decir, no podemos explicar nada sobre c¨®mo hemos llegado a ser como somos hoy d¨ªa sin dar por hecha la existencia de algo que no podemos ver, y que tendr¨ªamos problemas en cuantificar. Ese algo es la materia oscura.Existen buenas razones para pensar que el universo contiene suficiente materia para mantener su densidad cr¨ªtica. O sea, contiene suficiente materia como para disminuir la velocidad de expansi¨®n del universo y detener su expansi¨®n para siempre, pero no la suficiente como para que cambie de direcci¨®n y se hunda sobre s¨ª mismo.

El problema es que las estrellas y galaxias que podemos ver son s¨®lo el uno por ciento de esta materia. ?D¨®nde est¨¢ el resto?

La materia oscura se refiere a la materia que no podemos ver desde la Tierra porque, al contrario que la materia presente en las estrellas, no produce radiaci¨®n detectable. No obstante, la presencia de materia oscura podr¨ªa detectarse mediante su influencia gravitacional en la materia que podemos ver: las mediciones de la velocidad a la que las estrellas en las galaxias giran sobre su centro indica que la parte visible de muchas galaxias s¨®lo constituye aproximadamente una d¨¦cima parte de la masa total de ¨¦stas. El resto podr¨ªa estar constituido por planetas, agujeros negros, enanas marrones, gas, polvo y rocas.

Esta materia oscura ser¨ªa muy dif¨ªcil de detectar directamente. El astr¨®nomo Malcolm Longair calcula que el Constructor C¨®smico necesitar¨ªa colocar tan s¨®lo un simple ladrillo de un kilogramo de peso en cada cubo de espacio de 500 millones de kil¨®metros de lado para completar la densidad cr¨ªtica -ese es aproximadamente el tama?o del interior del Sistema Solar-, y nosotros no ver¨ªamos nunca un s¨®lo ladrillo. Esto es la materia oscura fr¨ªa.

Incluso as¨ª, tomando en cuenta toda la materia que nosotros inferimos que puede existir, midiendo simplemente su influencia gravitacional sobre la materia visible, el valor total supone tan s¨®lo el 20% de la densidad cr¨ªtica necesaria para impedir que el universo se expanda eternamente. Por supuesto, podr¨ªa haber una gran cantidad de materia muy repartida en el espacio intergal¨¢ctico, demasiado lejos de las concentraciones de materia visible como para ser apreciada.

Incluso entonces, la diferencia entre materia visible y materia perdida es a¨²n muy elevada. Por lo tanto, ?d¨®nde est¨¢ toda esta materia p¨¦rdida? Para encontrar la respuesta a este problema tenemos que remontarnos en el tiempo, unos a?os atr¨¢s, a los resultados de la misi¨®n del sat¨¦lite Cosmic Background Explorer (COBE). Esos resultados se remontaban todav¨ªa m¨¢s atr¨¢s en el tiempo, al medir los fr¨ªos ecos del Big Bang en forma de radiaci¨®n de microondas proveniente de todo el firmamento.

Esta radiaci¨®n se form¨® por primera vez unos 300.000 a?os despu¨¦s del Big Bang, cuando el universo era aproximadamente 1.500 veces m¨¢s peque?o que ahora; fue entonces cuando por primera vez la materia se separ¨® de la energ¨ªa lo bastante como para empezaran a formarse estructuras como estrellas y galaxias a partir de la sopa de radiaci¨®n. Lo m¨¢s sorprendente es que el COBE detect¨® muy ligeras variaciones en la densidad de esta radiaci¨®n, del orden de una parte en cada 100.000.

El que se encontrase la m¨¢s m¨ªnima variaci¨®n reflejaba un inmenso ¨¦xito t¨¦cnico, pero planteaba un problema. Si los modelos est¨¢ndar de cosmolog¨ªa son correctos, las fluctuaciones de la densidad reveladas por los resultados del COBE deber¨ªan haber sido much¨ªsimo m¨¢s grandes para explicar las estructuras que vemos en el Universo hoy d¨ªa, como estrellas, galaxias y dem¨¢s.

Hasta unos 300.000 a?os despu¨¦s del primer instante, la materia y la energ¨ªa estaban muy ocupadas interactuando como para que sobreviviese cualquier estructura. De los resultados de COBE se deduce que estas peque?as fluctuaciones no podr¨ªan haber evolucionado para dar lugar a las estructuras visibles del universo de hoy. La ¨²nica explicaci¨®n posible es la existencia de otra forma de materia.

Aqu¨ª es donde entran en escena formas m¨¢s ex¨®ticas de materia oscura. La f¨ªsica de part¨ªculas sugiere que deber¨ªan existir tipos de part¨ªculas de masa demasiado elevada como para que pudieran ser vistas en cualquier acelerador de part¨ªculas construido hasta ahora, y demasiado dif¨ªciles de detectar debido a que no existe mucha interacci¨®n con la materia com¨²n.

Ex¨®ticas

Estas part¨ªculas todav¨ªa hipot¨¦ticas han sido llamadas Part¨ªculas Masivas de Interactuaci¨®n D¨¦bil (Weakly Interacting Massive Particles), por sus siglas en ingl¨¦s, wimp. Las wimp podr¨ªan haber sido mucho m¨¢s numerosas que la materia en la receta original.Mientras la materia ordinaria estaba demasiado ocupada en su interacci¨®n con la energ¨ªa para seguir adelante y formar una estructura, las wimp -gracias a la pobre interacci¨®n con la materia ordinaria- tuvieron que apa?¨¢rselas solas. Puede que se fundieran debido a su propia gravedad para dar lugar a las semillas de la estructura.

Cuando por fin la materia se separ¨® de la energ¨ªa, puede que se pegara a estas semillas de materia oscura como la piel a un esqueleto. B¨¢sicamente, las wimp habr¨ªan suministrado una estructura pr¨¦t-a-porter para la materia visible.