> NEBULOSA HORSEHEAD

Transcripción

1 > NEBULOSA HORSEHEAD XX CIENCIA Y DESARROLLO MARZO 2007

2 MATERIA OSC CU UR RA TONATIUH MATOS No hay manera de evitar la sorpresa al admirar la belleza del cielo en una noche clara, mirando las estrellas iluminar el firmamento. Miles de figuras formadas por ellas vienen a nuestra imaginación y la maravilla de esas lucecillas no deja de provocarnos admiración y respeto por su magnificencia y belleza. MARZO 2007 CIENCIA Y DESARROLLO XX

3 Con un telescopio, la sorpresa es aún mayor, porque veremos que algunos de los puntos luminosos son planetas, bolas gigantes de materia iluminadas por el Sol; son los hermanos de nuestro planeta Tierra. > FOTO 1 Fotografía de lentes gravitacionales de la NASA. Algunas imágenes presentan la forma semicircular alargada, provocada por la presencia de una gran cantidad de materia: la materia oscura. LA MATERIA QUE PODEMOS VER La mayoría de esos puntitos son estrellas, bolas de gas, sobre todo de hidrógeno que, al colapsarse por su enorme peso, forman gigantescas explosiones nucleares en su centro, y provocan un equilibrio termonuclear con la gravedad: su peso ejerce una presión tan gigantesca en el centro de las estrellas que sólo es equilibrada por miles de explosiones de bombas de hidrogeno, las cuales evitan que el gas se siga colapsando más y más. Se trata de un equilibrio que perdura por miles de millones de años, como ocurre en nuestro Sol. Mas allá, entre las estrellas, veremos regiones de gases de colores, producto de explosiones de alguna estrella vieja que, al agotar su combustible nuclear, no pudo evitar ser destruida por la gravedad y se convirtió en una enana blanca o pulsar. Se cree que éstas son estrellas hechas fundamentalmente de neutrones; es decir, de las partículas neutras que conforman el núcleo atómico. Ciertamente son estrellas tan densas que un grano de arena de ellas pesaría cientos de miles de toneladas. Estas estrellas giran a velocidades increíbles, son del tamaño de una ciudad, y en ellas se concentra la masa de más de un sol, girando decenas o, a veces, cientos de vueltas por segundo. Qué significaría ver un espectáculo así, un sol y medio o dos soles metidos dentro de una ciudad girando más rápido que un trompo? Debe ser algo majestuoso. Estas estrellas abundan en el universo, se conocen miles de ellas, pero sólo por los pulsos que emiten, pues nadie ha podido ver una de cerca. No obstante, ahora plantearemos algo más impresionante aún. Juntemos todo lo que vemos con los ojos, con los telescopios caseros y con los telescopios más poderosos que tenemos. Todo eso no llega más que a 0.3% de toda la materia del universo. Claro, hay varios planetas que no alumbran, hay también mucho polvo, gran cantidad de asteroides, y todo esto no se puede ver con los telescopios...

4 > La materia oscura constituye más de 23% de la materia del universo, su naturaleza no está definida; sólo percibimos su presencia debido a la fuerza de gravedad Pues bien, si ahora sumamos todo el conjunto de esos objetos celestes no luminosos a la materia que sí vemos, reuniremos no más de 4% de la materia del universo. Entonces, qué es el 96% restante?... La respuesta es que no lo sabemos, es un misterio. Tenemos claro que 27% de la materia universal se atrae gravitacionalmente como los planetas, las estrellas o las manzanas que se caen de los árboles; otra parte (73% de ella), se repele y la denominamos energía oscura. Y de este 27% sabemos que 4% consta de estrellas, planetas, polvo y asteroides todo lo que conocemos pero el 23% restante es desconocido y lo llamamos materia oscura. UNA MATERIA QUE NO PODEMOS VER Esta materia oscura es la causante de la estructura del universo. Sea lo que sea, ella dio origen a las galaxias; de éstas, se formaron estrellas y, alrededor de ellas, se produjeron los planetas como el nuestro. Sabemos que existe porque al mirar las galaxias en el cielo, se observa cómo las estrellas giran a velocidades enormes, rapidez que sería inexplicable si no existiera precisamente la materia oscura. También los cúmulos de galaxias presentan evidencias inequívocas de la existencia de materia oscura, al mostrarnos un bellísimo espectáculo de figuras curvadas, llamado lentes gravitacionales (imagen 1). Debido a su paso, cerca de alguna galaxia o de un grupo de galaxias, la luz se curva como cuando pasa por un lente de vidrio. El efecto es parecido pero de origen muy distinto, mientras que el fenómeno del lente de vidrio tiene origen en el cambio de medio (de aire a vidrio), al pasar la luz por las galaxias se curva su trayectoria por causa de la fuerza de gravedad de éstas. Lo que vemos es una imagen redondeada por la lente gravitacional. Pero el efecto depende de la masa de la galaxia, y tanta curvatura de la trayectoria de la luz sólo puede explicarse por la presencia de una gran cantidad de materia que no vemos; la materia oscura, cuya presencia queda marcada mediante la curvatura de la luz que pasa cerca de ella, obligándola a seguir un camino curvo. En la actualidad, los astrónomos tienen la certeza de la existencia de la materia oscura, gracias a evidencias como la mostrada en la fotografía 2, tomada por investigadores de la NASA. En ella percibimos la existencia de tal materia, pero ignoramos su naturaleza; lo seguro es que no es algo conocido. QUÉ ES LA MATERIA OSCURA? Las hipótesis más aceptadas por ahora son que se trata de alguna partícula exótica, aún no caracterizada, proveniente del modelo estándar de partículas, pero con súpersimetría; es decir, una propiedad de las partículas elementales que cambiaría de lugar tales partículas, permitiendo parear fermiones con bosones. Veamos: Los bosones son partículas elementales que tienden a mantenerse juntas cuando hay muchas de ellas; en cambio, MARZO 2007 CIENCIA Y DESARROLLO XX

5 > FOTO 2 Esta imagen, tomada por el satélite de la nasa Chandra, muestra dos cúmulos de galaxias después de chocar. La parte roja es gas calentado por el choque de los cúmulos, y la parte azul, es la materia oscura que contiene cada uno de los cúmulos. Cada punto luminoso es una galaxia que contiene unos cien mil millones de estrellas. La materia oscura en estas galaxias es equivalente a un millón de millones de estrellas; es decir, hay 10 veces más materia oscura que estrellas en las galaxias, y la parte azul la materia oscura contiene 100 veces más materia que todas las galaxias. > La materia oscura es algo nuevo que sin duda va a cambiar nuestros conceptos más profundos acerca de la naturaleza, así como del origen y desarrollo del universo las partículas llamadas fermiones no parecen sentirse cómodas si algún otro fermión está en su mismo estado; son solitarios. La súper-simetría podría propiciar el intercambio de partículas de un lado para otro, por lo que cada bosón tendría un compañero fermión y cada fermión tendría un compañero bosón. Sin embargo, nadie sabe si esta súper-simetría existe en realidad y, por tanto, desconocemos si estas partículas podrán resolver el problema de la materia oscura. Por supuesto, existen otras muchas propuestas sobre la naturaleza de la materia oscura. Por ejemplo y sólo por nombrar algunas, se ha dicho que podría ser una partícula reliquia súper pesada, presente desde el origen del universo, o quizás una partícula que se auto-aniquila o se auto-repele. En fin, parece que es tiempo de hacer funcionar la imaginación. Pero, sin importar su identidad, es algo nuevo que sin duda va a cambiar nuestros conceptos más profundos acerca de la naturaleza, así como del origen y desarrollo del universo. La certeza es que nos espera una sorpresa, éstos son grandes momentos para el avance de la física y la cosmología. LECTURAS RECOMENDADAS > Stephen Hawking. El Universo en una cáscara de nuez. Crítica, Planeta. España: >Tonatiuh Matos. De qué está hecho el Universo? Fondo de Cultura Economica (Col. La ciencia para todos, 204). México: Tonatiuh Matos Chassin es físico por la Escuela Superior de Físico Matemáticas del IPN; obtuvo su doctorado y su habilitación, en la Universidad Friedrich Schiller de Jena, Alemania. Ha realizado estancias posdoctorales en la Universidad de Viena y en la Universidad Técnica de Viena en Austria. Actualmente, es investigador titular en el Departamento de Física del CINVESTAV, y su labor se centra en el estudio de la cosmología, la astrofísica y la naturaleza de la materia y la energía oscuras. XX CIENCIA Y DESARROLLO MARZO 2007

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