En busca de la materia oscura

Como quizá sepas, el universo está compuesto, principalmente, de dos elementos que no sabemos describir, aunque todo apunta a que están ahí: la materia y la energía oscura. Puede que estemos más cerca de lo que pensábamos de identificar qué podría ser la materia oscura…

La partícula de la materia oscura

El anillo de oscuridad en este cúmulo galáctico, Cl 0024+17, indica la presencia de materia oscura. Crédito: NASA, ESA, M.J. Jee y H. Ford (Johns Hopkins University)

El anillo de oscuridad en este cúmulo galáctico, Cl 0024+17, indica la presencia de materia oscura.
Crédito: NASA, ESA, M.J. Jee y H. Ford (Johns Hopkins University)

Los científicos han calculado la masa supuesta del axión, una partícula hipotética que algunos astrónomos creen que podría formar parte de la materia oscura. Este nuevo hallazgo debería servir para dar un buen empujón a la búsqueda de los axiones, y podría ayudarnos a comprender el misterio de la materia oscura. Es decir, de momento seguimos sin saber qué compone la materia oscura, pero ahora parece que los físicos tienen una buena pista que seguir.

Desentrañar la materia oscura sería importantísimo. Sabemos que no emite ni absorbe luz (de ahí su nombre), y aunque no la podemos observar directamente, su existencia se deduce por sus efectos gravitacionales. En un universo en el que la materia “normal” fuese la única existente, no tendríamos forma de explicar, por ejemplo, la rápida rotación que podemos observar en las galaxias.

Esa materia normal, la que podemos ver a nuestro alrededor y que compone las estrellas, planetas y todo lo demás que podemos ver y tocar, no es más que una ínfima parte del universo (alrededor de un 4%), la materia oscura es seis veces más abundante, y la energía oscura, esa fuerza que provoca que la expansión del universo esté acelerando, es una porción de la masa y energía del cosmos aun más grande, el 72% restante.

No sabemos qué es

El efecto de lente gravitacional que se puede ver en este cúmulo galáctico (Abell 1689) indica la presencia de materia oscura. Crédito: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory) y ESA.

El efecto de lente gravitacional que se puede ver en este cúmulo galáctico (Abell 1689) indica la presencia de materia oscura.
Crédito: NASA, N. Benitez (JHU), T. Broadhurst (Racah Institute of Physics/The Hebrew University), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI),G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory) y ESA.

Ahora, ¿de qué se compone exactamente la materia oscura? Es algo que no sabemos. Algunos creen que puede estar formada por una pequeña cantidad de partículas muy pesadas, mientras otros creen que podría ser la situación opuesta, estar formada por una gigantesca cantidad de partículas muy ligeras a las que denominamos axiones. Como te puedes imaginar, se han hecho búsquedas de esas posibles partículas pesadas, pero no ha habido resultados, con la ayuda de aceleradores de partículas, entre otras herramientas, y no ha habido resultados.

Encontrar una evidencia directa de la existencia del axión es igual de difícil, aunque teóricamente es posible. Sin embargo, para poder averiguar si esa partícula realmente existe, necesitamos algo por donde poder comenzar, y su masa podría ser una base útil con la que comenzar a trabajar. Siempre y cuando queramos conseguir resultados en un plazo de tiempo que no sea de muchas décadas.

Calculando la masa del axión

La Vía Láctea vista desde un parque nacional. Crédito: Dan Duriscoe

La Vía Láctea vista desde un parque nacional.
Crédito: Dan Duriscoe

Eso es, precisamente, lo que ha intentado responder un nuevo estudio publicado en la revista Nature. En ella, un equipo de investigadores ha utilizado un superordenador para intentar determinar la masa más probable de un axión. Su conclusión es que, si los axiones realmente son el principal componente de la materia oscura, deberían tener una masa de entre 50 y 1.500 microelectronvoltios, es decir, unos 10.000 millones de veces más ligeros que los electrones.

Si esto es cierto, quiere decir que cada centímetro cúbico del universo contiene, aproximadamente, unos 10 millones de axiones. Sin embargo, la materia oscura no está repartida de manera uniforme a lo largo y ancho del universo. La región de la Tierra en la Vía Láctea podría contener alrededor de 1.000 millones de axiones por centímetro cúbico. Si esta predicción es correcta, los científicos deberían ser capaces de determinar la existencia de esta hipotética particula en los próximos años. Al menos, claro, esa es la expectativa del equipo de investigadores que ha publicado el estudio.

También podrían aparecer en la física cuántica

La galaxia NGC 5584, fotografiada por el telescopio Hubble. Crédito: NASA

La galaxia NGC 5584, fotografiada por el telescopio Hubble.
Crédito: NASA

Los axiones también se cree que podrían de la extensión de algo llamado cromodinánimca cuántica, la teoría que describe la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (las restantes son la gravitación, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil). La fuerza nuclear fuerte es simétrica en el tiempo, es decir, no cambiaría aunque el tiempo comenzase a fluir hacia detrás por algún motivo.

Sin embargo, las ecuaciones de la cromodinámica cuántica podrían contener un factor que violaría que rompería esa simetría. En la naturaleza, ese factor es cero. ¿Por qué? La explicación, según los físicos cuánticos, es que en realidad el factor no es cero, pero se ve cancelado por la presencia de una partícula neutralizadora… el axión, que de momento sólo es hipotética y no sabemos si realmente existe.

En definitiva. Si en algún momento en los próximos años se produce la detección de un axión, es muy posible que estemos resolviendo dos grandes misterios de un tirón, uno en el campo de la astronomía y otro en el de la física cuántica…

El estudio es Calculation of the axion mass based on high-temperature lattice quantum chromodynamics, disponible en la revista Nature.

Referencias: Space

Alex Riveiro

Amante de la astronomía. Hablo de todo lo relacionado con el universo y sus conceptos de una manera amena y sencilla. Desde los púlsares hasta la historia de la astronomía en Al-Andalus.

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3 Respuestas

  1. La frase ‘Materia oscura’ me hace recordar a Flash, pues en esa serie fue donde conocí esa expresión.

  2. ¿De verdad que existen los aceleradores de partículas? ¿Será que pueden explotar y dar origen a los metahumanos? ¿Sería posible que existan sujetos como Flash?

  1. 3 noviembre, 2016

    Información Bitacoras.com

    Valora en Bitacoras.com: Como quizá sepas, el universo está compuesto, principalmente, de dos elementos que no sabemos describir, aunque todo apunta a que están ahí: la materia y la energía oscura. Puede que estemos más cerca de lo que pensába…

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