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9 de las preguntas más grandes sin respuesta sobre la materia oscura

9 de las preguntas más grandes sin respuesta sobre la materia oscura



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Las preguntas que rodean a la materia oscura son algunos de los misterios físicos más importantes de nuestra era moderna. La existencia de materia oscura fue propuesta inicialmente por el astrónomo holandés Jacobus Kapteyn en 1922, utilizando investigaciones sobre velocidades estelares. Luego, en 1933, Fritz Zwicky notó algo extraño en el lejano cúmulo de galaxias Coma.

El astrónomo suizo-estadounidense descubrió que la masa de todas las estrellas en el cúmulo de galaxias Coma proporcionaba sólo alrededor del 1 por ciento de la masa necesaria para evitar que las galaxias escaparan de la atracción gravitacional del cúmulo. De hecho, la materia oscura se llamó inicialmente "materia perdida", porque los astrónomos no podían encontrarla observando el universo usando cualquier parte del espectro electromagnético. No fue hasta la década de 1970 que los astrónomos estadounidenses Vera Rubin y W. Kent Ford confirmaron oficialmente la existencia de materia oscura.

Entonces, ¿cuál es la exageración actual que rodea a la materia oscura? Es posible que lo haya visto mencionado en películas de ciencia ficción o programas de televisión o incluso lo haya leído en las noticias, ya que la comunidad científica trabaja para comprenderlo mejor. La comprensión adecuada de esta materia que falta podría ayudar a los científicos a comprender mejor la naturaleza precisa del universo y quizás incluso cómo terminará nuestro universo.

La materia oscura es mucho más frecuente de lo que pensamos, según algunas teorías. La cantidad de materia oscura podría mostrarnos si el universo se está expandiendo, o si podría colapsar en algún momento en un futuro distante o dejar de moverse por completo. La materia oscura también podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo funciona la gravedad o cómo se forman las galaxias. La lista continua. Sin embargo, todavía hay muchas preguntas sin respuesta con respecto a la materia oscura que deben abordarse antes de que los astrónomos puedan avanzar. Hoy eso es lo que vamos a explorar. Empecemos.

1. ¿Qué es exactamente la materia oscura?

Si aún no está seguro de qué es la materia oscura, no está solo. Aunque muchos investigadores creen que la materia oscura constituye el 85% de la materia del universo, todavía no hay un acuerdo sobre qué es exactamente la materia oscura. Es más, cuanto más estudiamos la materia oscura, más oscuras parecen ponerse las cosas. Sin embargo, existen dos teorías principales sobre la naturaleza de la materia oscura.

Una es la sugerencia de que la materia oscura está formada por estrellas muertas ordinarias pero difíciles de ver o por enormes objetos planetarios fríos. Estos objetos se acumularían dentro de las galaxias en un "halo" y, por lo tanto, se denominan "Objetos de halo compacto masivo", o MACHO.

La otra teoría popular es que la materia oscura está compuesta de partículas no descubiertas que fueron creadas en el Big Bang y existen en todas partes. Estos se denominan partículas masivas de interacción débil o WIMP. Esta es actualmente la teoría principal.

El físico Don Lincoln, del Fermilab del Departamento de Energía de EE. UU., Amplió esta idea en su artículo para Livescience afirmando: "Nunca hemos observado directamente la materia oscura, pero sabemos mucho sobre lo que debe ser: debe ser masiva (porque afecta la rotación de las galaxias); debe ser eléctricamente neutra (porque no podemos verla); debe ser diferente de la materia ordinaria (porque no vemos evidencia de que interactúe con la materia en las formas habituales), y debe ser estable (porque ha existido desde los albores del universo). Estas propiedades son inequívocas ".

"Sin embargo, no sabemos exactamente qué es. En la teoría genérica más popular, la partícula de materia oscura se llama WIMP, por partículas masivas que interactúan débilmente. Los WIMP son como neutrones pesados ​​(pero definitivamente no neutrones), con una masa de 10 a 100 veces más pesada que un protón. Fueron creados en grandes cantidades durante el Big Bang, y hasta el día de hoy persiste una pequeña reliquia ".

Sin embargo, incluso si estos WIMP son apenas detectables, deberían estar en todas partes y deberíamos poder interactuar con ellos de alguna manera. Esta fue la teoría predominante durante un período prolongado. Durante décadas, los investigadores han construido máquinas para detectar las partículas WIMP de materia oscura sin éxito, hasta hace poco.

Un detector de materia oscura en Italia regresó recientemente con resultados positivos. Sin embargo, el experimento DAMA es muy controvertido, al igual que otros detectores de materia oscura en todo el mundo, y ofrece resultados contradictorios. Por el momento, todavía no tenemos pruebas definitivas de que estas partículas teóricas siquiera existan.

2. ¿No debería la materia oscura interactuar con algo?

Si, absolutamente. Pero esto es mucho más difícil de lo que piensas. Primero, los investigadores solo pueden estudiar la materia oscura al ver cómo afecta al universo que la rodea. Hasta este punto, lo único que se ha observado son los efectos gravitacionales de la materia oscura, que nubla aún más nuestras ideas sobre el tema.

Por estudios previos del fenómeno de la materia oscura, sabemos que impacta sobre los objetos celestes. Pero, ¿y si la materia oscura no es una partícula? ¿Quizás es un campo? O tal vez no comprendamos completamente cómo funciona la gravedad.

En 2015, los investigadores observaron cuatro grandes grupos de lo que creían que era materia oscura alrededor de cuatro galaxias en colisión. Sus observaciones mostraron que uno de los grupos estaba extrañamente rezagado con respecto a su galaxia. Esto no solo pareció confirmar que la materia oscura afecta a las galaxias, sino que también demostró que la materia oscura podría interactuar con otra materia oscura. Sin embargo, todavía tenemos que ver si la materia oscura interactúa con la materia ordinaria.

3. ¿Existe alguna forma de estudiar adecuadamente la materia oscura?

Como se mencionó anteriormente, los investigadores han intentado detectar partículas de materia oscura durante años, sin éxito. Sin embargo, si la teoría WIMP es correcta, sería muy difícil medirlos correctamente. Sin embargo, si asumimos que estas partículas viajan a través del espacio, en algún momento, la materia oscura debería interactuar con una forma más familiar de materia ordinaria, como un protón o un electrón.

Para medir esto, los investigadores han construido experimento tras experimento para estudiar las interacciones de partículas ordinarias en las profundidades del subsuelo, donde están protegidas de la radiación interferente que podría imitar una colisión entre materia oscura y partículas. Sin embargo, incluso el experimento PandaX chino más reciente aún no ha producido resultados concluyentes. Una teoría predominante para explicar esto es que las partículas de materia oscura son en realidad mucho más pequeñas que las WIMP y, por lo tanto, muy difíciles de detectar.

4. ¿Podría la materia oscura estar compuesta de más de una partícula?

Esta pregunta tiene mucho sentido. Después de todo, la materia ordinaria no está formada solo por protones y electrones. También contiene una gran cantidad de partículas "exóticas" como neutrinos, muones y piones. No estaría muy lejos de creer que la materia oscura tiene una mezcla "exótica" similar de partículas. "Las partículas de materia oscura estarían esencialmente formadas por 'protones oscuros' pesados ​​y 'electrones oscuros' ligeros", dice Charles Q. Choi.

“Interactuarían entre sí mucho más que otras partículas de materia oscura para formar 'átomos oscuros' que usan 'fotones oscuros' para interactuar a través de una especie de 'electromagnetismo oscuro', de la misma manera que los protones y electrones regulares interactúan a través de fotones en el electromagnetismo convencional para construyen los átomos que componen la materia de la vida cotidiana. Si los átomos oscuros son posibles, podrían reaccionar entre sí para la química oscura, al igual que los átomos regulares interactúan químicamente ".

5. ¿Qué pasa con las fuerzas oscuras?

No, no estamos hablando del lado oscuro de la Fuerza. Sin embargo, podría funcionar de manera similar por lo que sabemos. Como se mencionó anteriormente, la materia oscura podría estar compuesta por lo que se llama partículas oscuras. La forma en que los protones oscuros y los electrones oscuros interactúan entre sí podría explicar por qué la materia oscura se agrupa y forma halos esféricos alrededor de las galaxias, las estrellas y los planetas.

Esto también podría abrir la posibilidad de la existencia de fotones oscuros. ¿Qué son los fotones oscuros, preguntas? En resumen, son fotones intercambiados entre partículas normales que dan lugar a la fuerza electromagnética, excepto que solo los sentirían las partículas de materia oscura. Teorías como estas podrían abrir una caja de Pandora de un lado completamente diferente del universo.

6. ¿Qué pasa si la materia oscura es cuestión de axiomas?

Si bien algunos investigadores continúan enfocándose en la teoría WIMP, buscando partículas débiles, la atención se ha desplazado a otra partícula, los axiomas. Se trata de partículas ultraligeras, miles de millones de veces más ligeras que el electrón. Algunos creen que son un excelente candidato para la materia oscura, por múltiples razones.

Primero, su presencia invisible explicaría por qué el universo es mucho más pesado de lo que parece. En segundo lugar, la partícula también mostraría por qué las dos fuerzas fundamentales que dan forma a los núcleos atómicos siguen libros de reglas diferentes. El Experimento de Materia Oscura Axion (ADMX) de la Universidad de Washington lidera actualmente la carga de la ciencia del axioma y la materia oscura.

El axión es un candidato para la materia oscura, ya que, al igual que la materia oscura, realmente no puede interactuar con la materia normal. Esta actitud distante también hace que el axión, si existe, sea extremadamente difícil de detectar. Esta extraña partícula también podría ayudar a resolver un enigma de larga data en física conocido como "el problema de la PC fuerte".

7. Si la materia oscura existe en todas partes, ¿no debería existir en todas las galaxias?

Una de las principales teorías sobre la materia oscura es que juega un papel vital en la formación de galaxias. Se cree que la materia oscura juega un papel en el control y organización de la formación de grandes estructuras celestes. Sin embargo, los investigadores ahora han encontrado una galaxia que parece no tener materia oscura en absoluto.

Si pensamos en la materia oscura como el andamio que mantiene unido al universo, ¿por qué a una galaxia le faltarían estas estructuras cruciales? Una respuesta es que la materia oscura podría no desempeñar un papel tan importante en la formación de los cuerpos celestes como se pensaba anteriormente.

8. ¿Qué pasa con nuestra detección positiva de partículas de materia oscura?

Como se mencionó anteriormente, la investigación del proyecto italiano DAMA, que informó el hallazgo de materia oscura, es muy controvertida. Para encontrar las misteriosas y escurridizas partículas de materia oscura, investigadores de todo el mundo han creado detectores subterráneos para intentar observar las partículas WIMP interactuando con la materia ordinaria.

Hasta la fecha, DAMA es el único proyecto que ha logrado demostrar la existencia de partículas de materia oscura. Otros proyectos de detectores líderes ubicados en diferentes lugares del mundo han informado resultados contradictorios. Hasta el día de hoy, la precisión de los resultados de DAMA es objeto de acalorados debates.

9. ¿Pueden las partículas ordinarias descomponerse en materia oscura?

¿Qué pasa si las partículas ordinarias se convierten en partículas de materia oscura? Después de todo, ya vemos que ocurre algo similar en electrones y neutrones. Un neutrón solitario se desintegrará lentamente en un protón, mientras que un electrón se desintegrará en un neutrón. Algunos investigadores creen que 1% de estas partículas en realidad se descomponen en partículas oscuras. Bartosz Fornal y Benjamín Grinstein de la Universidad de California, San Diego, proponen una solución a esta discrepancia que asume que los neutrones se desintegran el 1% del tiempo en partículas de materia oscura. Debido a que los experimentos con haces no detectarían estas desintegraciones, su vida útil de neutrones inferida sería mayor que el valor real.

¿Crees que finalmente entenderemos la materia oscura en el futuro?


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