¿Problema para el modelo de materia oscura?

El problema de la materia oscura parece que sólo da quebraderos de cabeza. Cuando parece que las piezas pueden encajar, finalmente hay alguna que no lo hace.
La materia oscura es un componente principal de la Cosmología y Astrofísica. En el primer caso los modelos cosmológicos de evolución galáctica están basados en esta materia oscura que no emite ni bloquea luz. Como se supone que constituye el 85% de la materia total los modelos se basan en esta materia y su agregación produce grumos sobre los que se acumula la materia ordinaria que finalmente dan lugar a las galaxias. Digamos que la materia oscura sirve de andamiaje a la materia ordinaria para que forme galaxias y estrellas. El modelo estándar cosmológico que usa esta idea es capaz de reproducir en simulaciones computacionales el tipo de estructura a gran escala del Universo que vemos.
Toda galaxia parece tener un halo de materia oscura que es invisible a nuestros instrumentos, pero que se puede inferir mediante ciertas mediciones. La manera tradicional de inferir la presencia de materia oscura es ver su efecto gravitatorio. Las galaxias espirales giran sobre si mismas. Las estrellas que las componen orbitan alrededor del centro galáctico con una velocidad que depende de la distancia. Esto se puede medir fácilmente y se comprueba que la velocidad de giro no se corresponde con la que habría si sólo existiera la materia que se ve, pero si se correspondería si además hubiese una materia que no vemos.
Otra manera de inferir la presencia de materia oscura es observar fenómenos de lente gravitatoria en cúmulos galácticos lejanos. Esto también permite inferir una masa mayor que la masa correspondiente a la materia que se ve.


En este dibujo la sección esférica simboliza la región estudiada en este proyecto. En azul se representa el halo de materia oscura. Fuente: ESO.

Lo malo de la materia oscura es que todavía no se han encontrado pruebas directas irrefutables que indiquen la existencia de las partículas que la componen.
Bajo esta situación es cuando sale un trabajo de astrofísicos del ESO. Han estudiado el movimiento de 400 estrellas situadas hasta a una distancia de 13.000 años luz de nosotros por encima del plano galáctico y en un cono de 15 grados. Esto les ha permitido calcular las influencias a gravitatorias a las que están sometidas. Es un volumen cuatro veces mayor que el estudiado hasta el momento en este tipo de investigación.
El estudio les ha posibilitado inferir la presencia de materia oscura, pues lo modelos predicen que debe haber materia oscura en esta zona de la Vía Láctea. Para hacernos una idea de la distancia mencionemos que estamos a 27.000 años luz del centro galáctico.
En este estudio se considera a las estrellas estudiadas como si fueran “átomos” atrapados en el pozo gravitatorio de la galaxia. Midiendo sus velocidades en las tres dimensiones del espacio se puede deducir la forma pozo y la cantidad de masa, tanto ordinaria como oscura. Restando la masa que vemos nos quedaría la oscura.
Pues bien, resulta que no han encontrado pruebas de la existencia de dicha materia oscura. No es que no se sepa de qué está hecha, es que no parece que exista, al menos en esa parte de la galaxia y según este estudio. No es fácil explicar la presencia de dicha materia en todas esas partes antes mencionadas y no en nuestra galaxia.
La masa que infieren del movimiento de estas estrellas se puede explicar con la presencia de la materia ordinaria que vemos.
Pero los modelos de formación y rotación galáctica indican que nuestra galaxia debe tener un halo de materia oscura. Incluso se puede predecir la forma de dicho halo y predicen que debe haber dicha materia en la región en la que se encuentra el Sistema Solar. Sólo formas del halo muy improbables podrían explicar la ausencia de materia oscura en nuestro vecindario. Una posibilidad es que la materia oscura de nuestra galaxia forme un halo en forma de cigarro puro que atraviese su centro y no sea una esfera que la envuelva.
Pero a pesar de este resultado, la Vía Láctea gira más rápido de lo que lo haría si no hubiese materia oscura (como las demás galaxias espirales). De hecho, basta que se considere solamente el movimiento del Sol alrededor del centro galáctico para comprobar este punto. Así que hay que buscar una solución a por qué no se detecta materia oscura en este estudio.
La futura misión Gaia de la ESA permitirá tomar más medidas y asegurarse sobre este punto.
Algunos científicos dudan de la fiabilidad del método empleado por estos investigadores, pero si se confirma sería un grave problema para el modelo de materia oscura.
Estrictamente, el resultado no niega la existencia de materia oscura, sino que niega su presencia en nuestro vecindario galáctico.
Una posible explicación es que la materia oscura no esté compuesta por partículas “frías” que se muevan lentamente, sino por partículas calientes ligeras de “movimiento” rápido que formarían un halo más grande y uniforme. Pero este tipo de materia oscura entra en contradicción con los modelos cosmológicos estándar.
Otra explicación (como sugiere Pavel Kroupa de la Universidad de Bonn) es que la materia oscura formara grumos bajo la influencia de su propia gravedad al poco de darse el Big Bang y que éstos crecieran dentro de los halos galácticos.
Quizás simplemente se sobreestime la cantidad de materia ordinaria o quizás se nos escapa algo importante sobre el Universo que todavía no comprendemos.
Muchos expertos creen que la materia oscura está ahí y que futuros análisis cuidadosos refutarán este último estudio. La polémica está servida. Los críticos apuntan a que para poder llegar a este resultado se asumen ciertas hipótesis que no tienen que cumplirse necesariamente y modelos cuyo régimen de aplicabilidad no es el adecuado.
Así por ejemplo, una de las ecuaciones usadas asume varias hipótesis razonables para la materia oscura como que esté en un estado estacionario, que la curva de rotación galáctica es plana, que la densidad de materia oscura decae exponencialmente… Al final resulta que el modelo teórico asume que en la región observada la materia oscura tiene forma esférica con densidad constante. Todo esto es razonable para la materia oscura del halo, pero no necesariamente para una región tan pequeña cerca del disco galáctico en las cercanías del Sol. En otras galaxias se ha podido inferir la distribución de materia oscura observándose que está puede estar incluso desacoplada de la materia ordinaria y alejada de una distribución ideal.
Aunque hay otros estudios que apuntan en la misma dirección que este nuevo resultado. Igor Karachentsev ha calculado que hay mucha menos materia oscura de lo que se asume basándose en el campo gravitatorio de una región de 163 millones de años luz de tamaño desde el Sol en cualquier dirección.
Por otro lado, siempre estarán los que proponen abandonar la materia oscura y modificar la ley de la gravedad. Es lo que se denomina teorías MOND. Según estas teorías, la gravedad funcionaría de distinto modo a escalas cosmológicas. Pero son teorías muy inmaduras que no convencen a la inmensa mayoría de los físicos.
En resumen, la materia oscura sigue tan oscura como siempre, tanto en sentido literal como figurado.

Fuente

Acerca de A. Arrieta

Físico egresado de la Universidad de Córdoba con sede en la Ciudad de Montería. Magister en Física de la Universidad Nacional de Colombia con sede en la ciudad de Medellín. Docente del Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM) y docente adscrito a la Secretaría de Educación de Medellín. "Amarrar el conocimiento no te hace más sabio, en cambio compartirlo te hace más útil a la sociedad, trascender y no morir para siempre"
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