Charla «La búsqueda de la materia oscura y lo que hemos descubierto hasta ahora» de TED@NAS en español.
Cerca del 85 % de la materia del universo es «materia oscura», un material desconocido que no puede ser observado a simple vista pero que tiene una inmensa influencia en el cosmos. ¿Qué es exactamente esta extraña materia y cuál es su relación con nuestra existencia? La astrofísica Risa Wechsler analiza por qué la materia oscura puede ser la clave para entender cómo se formó el universo, y revela que físicos en laboratorios de todo el mundo están ideando formas creativas de estudiarla.
- Autor/a de la charla: Risa Wechsler
- Fecha de grabación: 2019-11-01
- Fecha de publicación: 2020-01-06
- Duración de «La búsqueda de la materia oscura y lo que hemos descubierto hasta ahora»: 943 segundos
Traducción de «La búsqueda de la materia oscura y lo que hemos descubierto hasta ahora» en español.
¿Piensan a veces en lo que pasaría si el mundo fuera un tanto diferente? ¿Cuán distintas serían sus vidas si fueran a nacer dentro de 5000 años en vez de en la actualidad? ¿Cómo cambiaría la historia si los continentes estuvieran a distintas latitudes, o cómo se habría desarrollado la vida en el sistema solar si el Sol fuera un 10 % más grande? Me dedico a barajar este tipo de posibilidades, pero con el universo en su totalidad.
Diseño modelos de universo en un ordenador.
Universos digitales con diferentes orígenes y con diferentes proporciones de diferentes tipos de material.
Y después comparo estos universos con el nuestro para averiguar de qué está hecho y cómo evolucionó.
Este método de poner a prueba modelos con mediciones del cosmos nos ha enseñado mucho acerca de nuestro universo.
Una de las cosas más curiosas que hemos descubierto es que una gran parte de la materia del universo está compuesta de algo totalmente diferente a nosotros.
Pero sin ella no existiría el universo tal y como lo conocemos.
Todo lo que los telescopios permiten observar constituye apenas el 15 % de la materia total del universo.
El resto, el 85 %, no emite ni absorbe luz.
No podemos verla con nuestros ojos, no podemos detectarla con ondas de radio, microondas o cualquier otro tipo de luz.
Pero sabemos que está ahí por su efecto en lo que podemos ver.
Es como si fuéramos a mapear la superficie de nuestro planeta y todo lo que contiene a partir de esta imagen nocturna de la Tierra desde el espacio.
Los puntos con luz nos sirven de pista, pero no se distingue gran cosa, como a personas o cordilleras.
Hemos de averiguar qué hay con esas pocas pistas.
Esta materia invisible es la «materia oscura».
La mayoría de gente sabe de su existencia, pero, aunque hayan oído hablar de ella, puede parecer algo abstracto y distante, incluso irrelevante.
Lo asombroso es que la materia oscura está en todas partes, puede que incluso aquí mismo.
De hecho, puede que las partículas de materia oscura atraviesen sus cuerpos mientras están sentados en esta sala.
Porque estamos en la Tierra, la cual gira alrededor del Sol, y el Sol atraviesa nuestra galaxia a unos 800 000 km por hora.
Pero la materia oscura no colisiona con nosotros; nos atraviesa.
¿Cómo podemos averiguar más sobre ella? ¿Qué es y cuál es su relación con nuestra existencia? Para poder averiguar cómo llegamos a existir, primero tenemos que entender cómo surgió nuestra galaxia.
Esta es una imagen de nuestra galaxia, la Vía Láctea, en la actualidad.
¿Qué aspecto tenía hace 10 000 millones de años, o qué aspecto tendrá en 10 000 millones de años? ¿Qué cuenta la historia de los cientos de millones de otras galaxias que ya hemos mapeado con amplios estudios del firmamento? ¿Cómo cambiarían sus historias si el universo tuviera otra composición, o si tuviera más o menos materia? Lo interesante de estos modelos de universo es que nos permiten explorar esas posibilidades.
Volvamos al instante inicial del universo, tan solo una fracción de segundo después del Big Bang.
En ese instante inicial, no existía la materia.
El universo se expandía muy rápido.
Y la mecánica cuántica sostiene que la materia se crea y se destruye continuamente, en todo momento.
En ese instante, el universo se expandía tan rápido que la materia creada no podía destruirse.
Y por eso creemos que toda la materia fue creada en ese instante.
Tanto la materia oscura como la materia común de la que estamos compuestos.
Retrocedamos un poco más, hasta el instante posterior a la creación de la materia, cuando se formaron los protones y los neutrones y cuando se formó el hidrógeno, a unos 400 000 años del Big Bang.
El universo estaba caliente, era denso y muy uniforme, pero no completamente uniforme.
Esta imagen, tomada con un telescopio espacial llamado satélite Planck, nos muestra la temperatura del universo en cualquier dirección.
Y lo que vemos es que había lugares un poco más calientes y densos que otros.
Los puntos en la imagen representan zonas con más o menos masa en el universo primario.
Esos puntos se ampliaron debido a la gravedad.
El universo se expandió y perdió densidad en su totalidad hace 13 800 millones de años.
Pero la gravedad ejerció su fuerza en los puntos donde había más masa y atrajo una mayor cantidad de materia a esas zonas.
Todo esto es un tanto difícil de imaginar, así que les mostraré lo que quiero decir.
Los modelos de ordenador que mencioné nos permiten probar estas ideas.
Echemos un vistazo a uno de ellos.
Este vídeo, creado por mi grupo de investigación, muestra lo que ocurrió en el universo tras sus primeros instantes.
El inicio del universo fue bastante armonioso, pero algunas zonas tenían más materia.
La gravedad se puso en marcha y atrajo cada vez más materia a los puntos que ya tenían niveles altos desde un principio.
Con el tiempo, hay suficiente materia en un punto para que el gas de hidrógeno, que al principio estaba bien mezclado con la materia oscura, comience a separarse de ella, se enfríe, forme estrellas y surja una galaxia enana.
Con el tiempo, a lo largo de miles de millones de años, esas galaxias enanas colisionan, se fusionan y se expanden hasta convertirse en galaxias más grandes, como nuestra propia galaxia, la Vía Láctea.
¿Y si no hay materia oscura? Sin materia oscura, esos puntos nunca se vuelven lo bastante densos.
Se ha demostrado que hace falta al menos un millón de veces la masa del Sol en una zona densa, para que se puedan formar estrellas.
Y sin materia oscura, nunca hay suficiente materia en un punto.
Aquí vemos dos universos, uno junto al otro.
En uno de ellos, las condiciones se vuelven densas muy rápido.
En ese universo, es muy probable que se formen galaxias.
En el otro universo, las pequeñas masas que se forman se mantienen muy reducidas.
No ocurre gran cosa.
En ese universo, no llegaría a formarse nuestra galaxia ni ninguna otra galaxia.
No se formarían la Vía Láctea ni el Sol; no surgiríamos nosotros.
No existiríamos en ese universo.
Entonces, esta materia extraña, la materia oscura, es gran parte de la masa del universo, nos atraviesa ahora mismo, no estaríamos aquí sin ella.
¿Qué es? Bueno, no tenemos ni idea.
Pero tenemos un montón de conjeturas fundamentadas, y muchas ideas sobre cómo averiguar más.
La mayoría de los físicos piensan que la materia oscura es una partícula, similar en cierto modo a las partículas subatómicas que conocemos, como los protones, neutrones y electrones.
Sea lo que sea, se comporta de un modo muy similar con respecto a la gravedad.
Pero no emite ni absorbe luz y atraviesa la materia común como si ni siquiera estuviera allí.
Nos gustaría saber qué tipo de partícula es.
Por ejemplo, ¿cuánto pesa? ¿Ocurre algo si interactúa con la materia común? Los físicos tienen muchas buenas ideas sobre lo que podría ser, tienen mucha imaginación.
Pero es un tema difícil, son ideas de muy amplio espectro.
Podría ser tan pequeña como las partículas subatómicas más diminutas, o podría ser tan grande como la masa de 100 Soles.
¿Cómo averiguamos qué es? Los físicos y astrónomos tienen varios modos de detectar materia oscura.
Una de las cosas que estamos haciendo es instalar detectores sensibles en minas subterráneas profundas, con la esperanza de que una partícula de materia oscura, que nos atraviesa a nosotros y a la Tierra, colisione con un material más denso y deje algún rastro de su paso.
Buscamos materia oscura en el firmamento con la esperanza de que las partículas de materia oscura colapsen y generen luz de alta energía que podríamos detectar con telescopios especiales de rayos gamma.
Tratamos incluso de crear materia oscura aquí en la Tierra: fusionamos partículas y observamos lo que sucede, con el uso del Gran Colisionador de Hadrones en Suiza.
Hasta el momento, estos experimentos nos han hecho entender lo que la materia oscura no es, si bien, no lo que es.
Había muy buenas ideas sobre lo que la materia oscura podría ser que estos experimentos demostrarían, pero de momento no ha sido posible.
Debemos seguir buscando y estudiando más a fondo.
Otra forma de lograr entender qué es la materia oscura es el estudio de las galaxias.
Ya hemos hablado de cómo nuestra galaxia y muchas otras galaxias ni siquiera existirían sin la materia oscura.
Esos modelos también predicen muchas otras cosas sobre las galaxias: cuál es su distribución en el universo, cómo se mueven, cómo evolucionan en el tiempo.
Y podemos probar esas predicciones con observaciones del firmamento.
Les voy a poner dos ejemplos del tipo de mediciones que podemos hacer con las galaxias.
El primero es que podemos hacer mapas del universo con galaxias.
Formo parte de un proyecto llamado «Dark Energy Survey», que ha elaborado el mayor mapa del universo hasta ahora.
Medimos la ubicación y forma de 100 millones de galaxias en una octava parte del firmamento.
Este mapa nos muestra toda la materia en esa zona del firmamento, que se calcula por la luz distorsionada de esos 100 millones de galaxias.
La luz distorsionada por toda la materia entre esas galaxias y nosotros.
La gravedad de la materia es tan fuerte que desvía el trayecto de la luz.
Y nos da esta imagen.
Este tipo de mapas nos indican cuánta materia oscura hay; también indican dónde está y cómo cambia en el tiempo.
Intentamos averiguar de qué está hecho el universo a una gran escala.
Resulta que las galaxias más pequeñas del universo nos dan algunas de las mejores pistas.
¿Y eso por qué? Estos son dos ejemplos de universos simulados con dos tipos distintos de materia oscura.
Ambas imágenes muestran una zona en una galaxia como la Vía Láctea.
Puede verse una gran cantidad de otro material a su alrededor, pequeñas acumulaciones.
En la imagen de la derecha, las partículas de materia oscura se mueven más despacio que en la de la izquierda.
Si las partículas de materia oscura se mueven de forma acelerada, la gravedad en los pequeños cúmulos no es lo bastante fuerte como para ralentizar las partículas aceleradas.
Y siguen en movimiento.
Nunca colapsan en pequeños cúmulos.
Por tanto, se obtienen menos cúmulos que en el universo de la derecha.
Sin esos pequeños cúmulos, se obtienen menos galaxias enanas Al observar el cielo austral, se pueden apreciar dos de estas galaxias enanas, las galaxias enanas más grandes que orbitan nuestra Vía Láctea: la Gran Nube de Magallanes y la Pequeña Nube de Magallanes.
En los últimos años, hemos detectado muchas galaxias aún más pequeñas.
Este es un ejemplo de una de ellas, detectada con el mismo estudio que usamos para hacer mapas del universo.
De entre estas galaxias realmente pequeñas, algunas de ellas son sumamente pequeñas.
Algunas tienen tan solo unos pocos cientos de estrellas, comparadas con los miles de millones de estrellas de nuestra Vía Láctea.
Eso hace muy difícil encontrarlas.
Pero en la última década, hemos encontrado muchas más.
Ya conocemos 60 galaxias enanas que orbitan nuestra Vía Láctea.
Y estas enanas aportan muchas pistas sobre la materia oscura.
Porque la mera existencia de estas galaxias indica que la materia oscura no debe moverse muy rápido, y no debe de ocurrir gran cosa cuando se encuentra con la materia común.
En los próximos años, vamos a hacer mapas mucho más precisos del firmamento.
Y eso ayudará a refinar nuestras simulaciones del universo en su conjunto y de toda la galaxia.
Los físicos también están llevando a cabo nuevos experimentos más precisos para intentar detectar algún signo de materia oscura en sus laboratorios.
La materia oscura todavía es un gran misterio.
Pero es un momento muy interesante para trabajar en ello.
Tenemos pruebas muy claras de que existe, a escala de las galaxias más pequeñas y a escala del universo en conjunto.
¿Llegaremos a encontrarla y a saber qué es? No tengo ni idea.
Pero será muy interesante averiguarlo.
Tenemos muchas posibilidades de descubrirlo, y sin duda averiguaremos más sobre lo que hace y lo que no hace.
Aunque no encontremos esa partícula en breve, espero haberlos convencido de que es un misterio que está muy cerca de casa.
La búsqueda de la materia oscura podría ser la clave para una nueva comprensión de la física y de nuestro lugar en el universo.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/risa_wechsler_the_search_for_dark_matter_and_what_we_ve_found_so_far/
