Acoso científico a la materia oscura del universo

En 1933, el estudio de algunas concentraciones de galaxias llevó al astrónomo suizo Fritz Zwicky a afirmar que al menos un 90% de la masa del Universo escapaba a nuestras observaciones ¿Dónde está? ¿De qué está hecha? Más de 60 años más tarde este enigma aún se resiste a los investigadores. Los pretendientes se dividen en dos categorías de candidatos: objetos con masa, los machos, o partículas conocidas (los neutrinos) o por descubrir (los wimp).Los descubrimientos más recientes permiten afirmar hoy que los machos probablemente no contribuyen más que en una proporción muy escasa a este colosal déficit. Los investigadores esperan mucho de los neutrinos o de partículas muy exóticas. 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 todavía adivinar el misterio de la materia oscura, invisible pero perceptible por sus efectos sobre el movimiento de las galaxias.

Molesto gusano

En el corazón de la manzana cósmica se esconde un molesto gusano. Es decir, no podemos explicar nada sobre cómo hemos llegado a ser como somos hoy día sin dar por hecha la existencia de algo que no podemos ver, y que tendríamos problemas en cuantificar. Ese algo es la materia oscura.Existen buenas razones para pensar que el universo contiene suficiente materia para mantener su densidad crítica. O sea, contiene suficiente materia como para disminuir la velocidad de expansión del universo y detener su expansión para siempre, pero no la suficiente como para que cambie de dirección y se hunda sobre sí mismo.

El problema es que las estrellas y galaxias que podemos ver son sólo el uno por ciento de esta materia. ¿Dónde está 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 radiación detectable. No obstante, la presencia de materia oscura podría 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 sólo constituye aproximadamente una décima parte de la masa total de éstas. El resto podría estar constituido por planetas, agujeros negros, enanas marrones, gas, polvo y rocas.

Esta materia oscura sería muy difícil de detectar directamente. El astrónomo Malcolm Longair calcula que el Constructor Cósmico necesitaría colocar tan sólo un simple ladrillo de un kilogramo de peso en cada cubo de espacio de 500 millones de kilómetros de lado para completar la densidad crítica -ese es aproximadamente el tamaño del interior del Sistema Solar-, y nosotros no veríamos nunca un sólo ladrillo. Esto es la materia oscura fría.

Incluso así, 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 sólo el 20% de la densidad crítica necesaria para impedir que el universo se expanda eternamente. Por supuesto, podría haber una gran cantidad de materia muy repartida en el espacio intergaláctico, demasiado lejos de las concentraciones de materia visible como para ser apreciada.

Incluso entonces, la diferencia entre materia visible y materia perdida es aún muy elevada. Por lo tanto, ¿dónde está toda esta materia pérdida? Para encontrar la respuesta a este problema tenemos que remontarnos en el tiempo, unos años atrás, a los resultados de la misión del satélite Cosmic Background Explorer (COBE). Esos resultados se remontaban todavía más atrás en el tiempo, al medir los fríos ecos del Big Bang en forma de radiación de microondas proveniente de todo el firmamento.

Esta radiación se formó por primera vez unos 300.000 años después del Big Bang, cuando el universo era aproximadamente 1.500 veces más pequeño que ahora; fue entonces cuando por primera vez la materia se separó de la energía lo bastante como para empezaran a formarse estructuras como estrellas y galaxias a partir de la sopa de radiación. Lo más sorprendente es que el COBE detectó muy ligeras variaciones en la densidad de esta radiación, del orden de una parte en cada 100.000.

El que se encontrase la más mínima variación reflejaba un inmenso éxito técnico, pero planteaba un problema. Si los modelos estándar de cosmología son correctos, las fluctuaciones de la densidad reveladas por los resultados del COBE deberían haber sido muchísimo más grandes para explicar las estructuras que vemos en el Universo hoy día, como estrellas, galaxias y demás.

Hasta unos 300.000 años después del primer instante, la materia y la energía estaban muy ocupadas interactuando como para que sobreviviese cualquier estructura. De los resultados de COBE se deduce que estas pequeñas fluctuaciones no podrían haber evolucionado para dar lugar a las estructuras visibles del universo de hoy. La única explicación posible es la existencia de otra forma de materia.

Aquí es donde entran en escena formas más exóticas de materia oscura. La física de partículas sugiere que deberían existir tipos de partículas de masa demasiado elevada como para que pudieran ser vistas en cualquier acelerador de partículas construido hasta ahora, y demasiado difíciles de detectar debido a que no existe mucha interacción con la materia común.

Exóticas

Estas partículas todavía hipotéticas han sido llamadas Partículas Masivas de Interactuación Débil (Weakly Interacting Massive Particles), por sus siglas en inglés, wimp. Las wimp podrían haber sido mucho más numerosas que la materia en la receta original.Mientras la materia ordinaria estaba demasiado ocupada en su interacción con la energía para seguir adelante y formar una estructura, las wimp -gracias a la pobre interacción con la materia ordinaria- tuvieron que apañárselas 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 separó de la energía, puede que se pegara a estas semillas de materia oscura como la piel a un esqueleto. Básicamente, las wimp habrían suministrado una estructura prét-a-porter para la materia visible.