¿De dónde viene la idea de la Materia Oscura?

Uno de los temas más populares de la física en los últimos tiempos es el de la materia oscura, esa sustancia misteriosa que no podemos ver, ni detectar, que forma cerca del 21% del universo obsrbable. Pero,  ¿por qué creemos en tal cosa? ¿Qué observaciones justifican esta idea? De eso vamos a hablar hoy, de donde viene esta idea tan extraña.

Todo empieza más o menos en la década de los 30’s, con varios astrónomos dispuestos a medir velocidades de estrellas y galaxias. Uno de ellos por ejemplo, fue Jan Hendrick Oort  que midió las velocidades que llevaban las estrellas dentro de una galaxia. Pero había algo extraño con esas velocidades, algo que no encajaba. Estas estrellas se estaban moviendo más rápido de lo esperado. De hecho, iban tan rápido, que la misma gravedad de la galaxia no las debería poder sostener, y deberían salir despedidas.

Según los cálculos, para que estas estrellas siguieran orbitando la galaxia era necesario 80% más masa de la que se observaba. (Se puede estimar la masa de los objetos celestes en base a su luminosidad) Así que en un principio se concluyó que 80% de la luz de la galaxia se había perdido en el camino (por ejemplo, por atravesar nubes de polvo y cosas así), por lo que el cálculo de la masa era erróneo. En fin, el chiste es que no había muchas observaciones de este estilo, y no era necesario suponer nada.

Pero poco a poco más evidencia se fue acumulando que mostraba que algo andaba mal. Por mencionar otro ejemplo, la astrónoma estadounidense Vera Rubin, estudió la velocidad de rotación de 60 galaxias de disco, encontrando el mismo problema de las estrellas veloces, además de otro detalle bonus aún más extraño.

Ustedes pueden jugar con las ecuaciones de Newton y calcular cual sería la velocidad de un objeto moviéndose en distintas configuraciones.

Por ejemplo, si tuvieran demasiada masa acumulada en un punto, la velocidad de un objeto decrece de forma cuadrática conforme nos alejamos. Eso ocurre por ejemplo, en el sistema solar (casi toda la masa esta acumulada en el Sol, así que entre más alejados están los planetas, más lento van).

Otra configuración sería suponer que la masa está más o menos distribuida uniformemente en una esfera. En ese caso la velocidad de un objeto crece de forma lineal conforme nos alejamos del centro. Esto podría ocurrir por ejemplo, cerca del centro de las galaxias, donde hay grandes cúmulos de estrellas más o menos uniformemente distribuidas.

Lo que esperaríamos obtener en una galaxia de disco, sería algo así: En un principio, la velocidad de las estrellas crece (pues la galaxia tiene forma  como de sombrero, y cerca del centro la distribución de masa se parece más a una esfera). Luego debería de decrecer, pues casi toda la masa está concentrada en el centro.

Ejemplo de una galaxia de disco

Sin embargo, lo que encontró Vera Rubin fue sorprendente, pues la velocidad en realidad ¡se volvía constante conforme nos alejábamos! Eso sí que está raro.

Velocidad vs distancia al centro de la galaxia

No solo las leyes de Newton están en contra de la evidencia observacional, también lo está la relatividad general de Einstein. Como muchos de ustedes sabrán, la luz se dobla por efectos de la gravedad, es decir, un rayo de luz cambiará su trayectoria si pasa cerca de cuerpos muy masivos, como el Sol. Pues nuevamente, resulta que si medimos cuanto se dobla la luz al pasar cerca de una galaxia, obtenemos que se dobla mucho más de lo que debería.

¿Cómo explicar todas estas observaciones? Hay una solución muy simple, que responde todas de golpe. ¡Suponiendo que hay más materia que no podemos ver!, y que no interacciona con la materia visible más que por efectos de la gravedad. Y eso es a lo que le llamamos materia oscura.

En fin, a muchos les puede o no gustar la explicación, hay un gran debate al respecto. Hay quienes dicen que solo es un gran cuchareo para que cuadren las observaciones con la teoría y sugieren modelos alternativos donde no sea necesario suponer materia que no podemos ver. De eso vamos a hablar en la siguiente entrada, ¿qué alternativas hay a la materia oscura?

¿Alguna idea?

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Un comentario el “¿De dónde viene la idea de la Materia Oscura?

  1. ¡Teoría de la gravedad extendida!

    En mi opinión, la materia oscura le va suceder lo mismo que le pasó al éter luminífero. Esta teoría, que la propone un equipo de trabajo donde colabora un mexicano, hace una ligera corrección a una constante de las ecuaciones de Newton.

    Hasta donde me acuerdo, para cosas “chicas” del universo, entiéndase el sistema solar, la Teoría de Newton es perfecta. Para cosas “grandes” del universo, la teoría de Einstein funciona. Con esta teoría, se podría explicar que pasa con las cosas “medianas” del universo.

    SALUDOS

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