Masa negativa: Explicando el universo que no vemos

Un grupo de investigadores podría haber resuelto una de las grandes preguntas de la física moderna. La masa negativa, una idea que aúna a la materia y la energía oscura en un solo fenómeno, podría permitirnos explicar el 95% del universo que no podemos ver..

Energía y materia oscura como masa negativa

Masa negativa: Explicando el universo que no vemos

La materia oscura es invisible. Gracias al efecto de lente gravitacional, los astrónomos han podido inferir que hay un anillo de materia oscura en este cúmulo de galaxias (conocido como CL0024+17) que está representado en color azul.
Crédito: NASA/ESA

El planteamiento de los investigadores de Oxford es aparentemente sencillo. Unifican la materia y la energía oscura en un mismo fenómeno. Algo así como un fluido que tendría masa negativa. Si empujas algo que tiene masa negativa, aceleraría hacia ti. Lo más interesante es que no se trata de una locura. La teoría que plantean los investigadores podría ayudarnos a entender el universo que no vemos. A fin de cuentas, la materia y la energía oscura suponen el 95% del cosmos.

Es, además, una predicción que el mismísimo Albert Einstein hizo hace ya un siglo. Pero vayamos por partes. El modelo Lambda-CDM nos permite explicar el universo en que vivimos. Pero lo hace con un pequeño inconveniente. No nos dice nada sobre qué son, físicamente, la materia y la energía oscura. Solo sabemos de su existencia de forma indirecta. Podemos deducir su presencia por los efectos gravitatorios en la materia que sí podemos observar.

En este nuevo modelo, los investigadores plantean una idea diferente. Creen que la energía y la materia oscura pueden unificarse en un fluido. Por cierto, no hay que tomarse lo de fluido en sentido literal. En cualquier caso, poseería gravedad negativa, expulsando todo el material a su alrededor. Este tipo de materia sería extraña desde nuestra percepción. Sin embargo, sugeriría que nuestro universo es simétrico (al tener cualidades positivas y negativas).

El papel de la masa negativa

Este concepto artístico de la Vía Láctea muestra cuál sería la posible distribución de la materia oscura a su alrededor. Está indicada como una corona de color azul oscuro.
Crédito: ESO/L. Calçada.

La masa negativa (o materia negativa) no es una idea nueva. Su existencia ya se había planteado anteriormente. De hecho, se había descartado al creer que esa materia sería menos densa a medida que el universo se expandiese. Esto contradice las observaciones del universo. La energía oscura no pierde densidad con el paso del tiempo. Los investigadores explican que la masa negativa podría crearse de forma constante.

De esta manera, con el paso del tiempo cada vez existe más masa negativa. Algo que impide que se diluya durante la expansión del universo. El fluido que describen los investigadores parece idéntico al comportamiento de la energía oscura. Además, también explica correctamente cómo se comportan las coronas de materia oscura. Como quizá sepas, la mayoría de las galaxias rota demasiado rápido. Deberían destruirse a sí mismas.

Como evidentemente eso no lo observamos, hay una explicación. Debe haber una corona de materia oscura, alrededor de la galaxia, que la mantiene unida. Este nuevo estudio incluye simulaciones de las propiedades de la masa negativa. En ellas, se predice la formación de coronas de materia oscura. Exactamente como las que se han deducido a partir de las observaciones que se han realizado en los últimos tiempos.

Albert Einstein ya lo intuyó hace 100 años

Albert Einstein.
Crédito: Orren Jack Turner

El propio Albert Einstein pensó en la idea de un universo oscuro hace ya un siglo. Fue cuando descubrió un parámetro, en sus ecuaciones, llamado constante cosmológica. La constante cosmológica se utiliza hoy en día. Es, en esencia, un sinónimo de la energía oscura. Irónicamente, el genial físico creyó que la idea de introducir una constante cosmológica era su mayor error. Lo calificó así. La astrofísica moderna le ha quitado la razón.

Las observaciones demuestran que es un fenómeno real. En 1918,o Einstein describió la constante cosmológica. Decía que “es necesaria una modificación de la teoría para que el ‘espacio vacío’ asuma la función de masa gravitatoria negativa, que esté distribuida por el espacio interestelar”. Dicho de otro modo, es posible que el propio Albert Einstein predijese la posibilidad de que nuestro universo esté repleto de masa negativa.

Todo esto es muy interesante por otro motivo. Hasta ahora, todos los intentos de combinar energía y materia oscura intentaban modificar la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. Algo que ha resultado ser francamente difícil. En esta nueva teoría, se utilizan ideas que ya se sabe que son compatibles con la teoría del propio Einstein y se unifican. Tanto la creación de nueva masa como la masa negativa son posibles en ese marco.

Pero… ¿es una posibilidad real?

Esta imagen es un mapa de la materia oscura en el universo. Obtenido por el estudio KiDS.
Crédito: Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO

Todo esto suena muy bien sobre el papel. Parece una idea lógica. Pero queda la gran pregunta. ¿Podemos comprobar de alguna manera si el universo, realmente, está repleto de masa negativa? Lo cierto es que sí. Los investigadores tienen planeado realizar pruebas con el radio telescopio SKA (abreviatura de Square Kilometer Array). Se trata de un proyecto internacional que quiere construir el telescopio más grande del mundo.

Pero como cuentan los propios investigadores, todavía queda trabajo por hacer sobre su propio estudio. Necesitan resolver algunos aspectos teóricos y continuar con las simulaciones por ordenador. El modelo LambdaCDM lleva más de tres décadas en funcionamiento. El nuevo estudio no lo reemplazaría, pero sí lo expandiría. Así que podemos dar por seguro que vamos a oír hablar de esta idea en el futuro.

Ello dependerá de que la inclusión de esa masa negativa en el modelo LambdaCDM produzca resultados que encajen con lo que podemos observar. Si fuese así, tendríamos la explicación al 95% del universo que no podemos ver. Porque, como quizá sepas, la materia normal, la que podemos ver, es solo el 5% de nuestro cosmos. El 95% restante le corresponde a la energía y la materia oscura. Puede que pronto dejen de ser un misterio…

El estudio es J. S. Farnes; “A unifying theory of dark energy and dark matter: Negative masses and matter creation within a modified LambdaCDM framework”. Publicado en la revista Astronomy & Astrophysics el 5 de diciembre de 2018. Puede ser consultado en arXiv.

Referencias: Phys

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. ¿Mmm eso de la creacion de materia no rompe con las leyes de la termodinámica?

  2. Humberto dice:

    Pero aun así, el modelo seguiría siendo una mera descripción de un realidad; porque no tenemos ni idea que cosa es la gravedad, a pesar de tener tres maneras (modelos) de operar con ella.
    1-El de Newton que abarca el 99% de todos los usos.
    2-El de Einstein (curvatura de una cosa esotérica llamada espacio tiempo junto, por un ente tangible que tanta energía o lo que se derive de ella como momento) que abarca menos del 1% de usos que no estan lejos de todas las dudas razonables que tiene un fisico (que no es lo mismo que un metafísico matemático esotérico o un matemático “fisico”).
    3-Un modelo muy bonito a partir de gravitones, que materializa la gravedades; pero que no sirve para nada, ni puede ser demostrado por el momento.

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