Materia oscura para niños
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Materia Oscura: El Misterio Invisible del Universo
En el estudio del espacio, los científicos usan el término materia oscura para referirse a un tipo de materia que no podemos ver ni tocar. Se calcula que esta materia invisible forma alrededor del 85% de toda la materia del universo. No es la energía oscura, ni la materia normal (como las estrellas y los planetas), ni los neutrinos.
Se le llama "oscura" porque no emite ningún tipo de luz o radiación. De hecho, no interactúa de ninguna manera con la luz, por lo que es completamente transparente. Su existencia se deduce por cómo afecta a la gravedad de las cosas que sí podemos ver, como el movimiento de las estrellas y las galaxias. También se nota su presencia en las pequeñas variaciones de la luz que quedó del inicio del universo, llamada fondo cósmico de microondas.
¿Quién Propuso la Materia Oscura?
La idea de la materia oscura fue propuesta por primera vez en 1933 por el científico Fritz Zwicky. Él notó que los cúmulos de galaxias se movían más rápido de lo que deberían, si solo tuvieran la masa visible. Esto sugería que había una "masa no visible" que las estaba afectando con su gravedad.
Desde entonces, otras observaciones han apoyado la idea de la materia oscura. Por ejemplo, la velocidad a la que giran las galaxias, el efecto de "lente gravitacional" (donde la gravedad de objetos muy grandes curva la luz de objetos que están detrás), y la forma en que se distribuye el gas caliente en las galaxias.
¿Por Qué es Importante la Materia Oscura?
La materia oscura es muy importante para entender cómo se formaron las galaxias y cómo evolucionaron. También influye en las pequeñas diferencias en el fondo cósmico de microondas. Todas estas pruebas sugieren que las galaxias y el universo en general tienen mucha más materia de la que podemos ver. A esa materia extra se le llama "componente de materia oscura".
¿De Qué Está Hecha la Materia Oscura?
Nadie sabe con certeza de qué está hecha la materia oscura. Algunos científicos piensan que podrían ser neutrinos muy pesados, o partículas elementales que aún no hemos descubierto, como los WIMP (partículas masivas de interacción débil) o los axiones. También podría ser que esté hecha de objetos astronómicos como estrellas muy pequeñas o planetas que no emiten luz.
Sin embargo, las pruebas actuales sugieren que la materia oscura está compuesta principalmente de nuevas partículas elementales que no son como la materia normal que conocemos.
Cantidad de Materia Oscura en el Universo
La materia oscura tiene mucha más masa que la materia "visible" del universo. Se calcula que solo el 5% de la energía total del universo es materia normal que podemos observar. Se estima que alrededor del 23% es materia oscura. El 72% restante es energía oscura, que es un misterio aún mayor y está distribuida por todo el espacio.
Aunque una pequeña parte de la materia oscura podría ser materia normal difícil de detectar, la mayoría de los científicos creen que es algo completamente diferente.
Pruebas de la Materia Oscura
El astrofísico suizo Fritz Zwicky fue el primero en encontrar pruebas de la materia oscura en 1933.
Él estudió el cúmulo de galaxias Coma y notó que las galaxias se movían tan rápido que la gravedad de la materia visible no era suficiente para mantenerlas juntas. Era como si faltara mucha masa. Zwicky calculó que debía haber unas 400 veces más masa de la esperada. Esto lo llevó a pensar que existía una "materia no visible" que proporcionaba la gravedad necesaria.
Muchas de las pruebas de la materia oscura provienen del estudio de cómo se mueven las galaxias. Las estrellas en los bordes de las galaxias giran mucho más rápido de lo que deberían si solo hubiera materia visible. Esto sugiere que la mayor parte de la masa de una galaxia está en un halo de materia oscura que la rodea.
En 2006, se obtuvieron pruebas importantes de la materia oscura al estudiar la colisión de dos cúmulos de galaxias, conocido como el Cúmulo Bala. Los científicos usaron el efecto de lente gravitacional para ver dónde estaba la masa total. Descubrieron que la materia normal (gas caliente) se había quedado en el centro después de la colisión, pero la materia oscura y las galaxias individuales habían pasado de largo, lo que demostró que la materia oscura no interactúa con la luz ni con otras fuerzas, solo con la gravedad.
Curvas de Rotación Galáctica
Casi 40 años después de Zwicky, la astrónoma Vera Rubin hizo un descubrimiento asombroso. Usando un nuevo aparato, midió la velocidad de las estrellas en las galaxias espirales. Encontró que las estrellas en los bordes de las galaxias giraban casi a la misma velocidad que las estrellas más cercanas al centro. Esto era muy extraño, porque si solo hubiera materia visible, las estrellas de los bordes deberían ir más lentas.
Este resultado sugería que más del 50% de la masa de las galaxias estaba en un "halo galáctico" oscuro. Al principio, algunos científicos dudaron, pero luego otros confirmaron su trabajo. Hoy en día, muchos astrofísicos aceptan la existencia de la materia oscura debido a estas y otras pruebas.
Materia Oscura en Cúmulos de Galaxias
La materia oscura también afecta a los grandes grupos de galaxias llamados cúmulos. Las observaciones de rayos X del gas caliente en estos cúmulos muestran que hay mucha más masa de la que se ve.
Una herramienta importante para detectar la materia oscura son las lentes gravitacionales. Este efecto, predicho por la relatividad general, ocurre cuando la gravedad de un objeto muy masivo (como un cúmulo de galaxias) curva la luz de objetos que están detrás. Al medir cómo se distorsiona la luz, los científicos pueden calcular la masa del cúmulo. En muchos casos, esta masa es mucho mayor que la masa visible, lo que confirma la presencia de materia oscura.
Formación de Estructuras en el Universo
La materia oscura es fundamental para entender cómo se formaron las grandes estructuras en el universo, como las galaxias y los cúmulos de galaxias, después del Big Bang. Las observaciones del fondo cósmico de microondas muestran que el universo era muy uniforme al principio, pero con pequeñas variaciones.
La materia normal por sí sola no podría haberse agrupado tan rápido para formar las galaxias que vemos hoy. La materia oscura actúa como un "pegamento" gravitacional, ayudando a que la materia se junte y forme estas estructuras. Sin la materia oscura, el universo se vería muy diferente.
Los modelos y simulaciones por computadora que incluyen la materia oscura fría coinciden muy bien con las estructuras que observamos en el universo.
Composición de la Materia Oscura
Aunque se ha detectado la materia oscura por sus efectos gravitacionales, todavía no sabemos de qué está hecha.
Las pruebas sugieren que entre el 85% y el 90% de la masa del universo no interactúa con la luz ni con otras fuerzas conocidas, solo con la gravedad. Se han propuesto varias categorías de materia oscura:
- Materia oscura bariónica: Sería materia normal, pero difícil de ver (como agujeros negros pequeños o estrellas muy tenues). Sin embargo, se cree que esta solo es una pequeña parte.
- Materia oscura no-bariónica: Se divide en tres tipos:
- Materia oscura caliente: Partículas que se mueven muy rápido, como los neutrinos.
- Materia oscura templada: Partículas que se mueven a velocidades intermedias.
- Materia oscura fría: Partículas que se mueven lentamente. Este es el tipo más aceptado para explicar la formación de estructuras.
La materia oscura caliente, como los neutrinos, no puede explicar cómo se formaron las galaxias, porque sus partículas se mueven tan rápido que no se agruparían en estructuras pequeñas. Por eso, el modelo más aceptado es que la materia oscura es principalmente fría y no-bariónica.
Las partículas más comunes que se proponen para la materia oscura fría son los axiones, los neutrinos estériles y los WIMP (partículas masivas de interacción débil), como los neutralinos. Ninguna de estas partículas forma parte del modelo estándar de la física, pero podrían existir en teorías más avanzadas.
Los científicos están realizando muchos experimentos para intentar detectar directamente estas partículas de materia oscura o los productos de su aniquilación. Algunos experimentos han afirmado haberla detectado, pero aún no hay una confirmación definitiva.
Materia Oscura y Antimateria
Es importante saber que la materia oscura, la energía oscura y la antimateria son cosas completamente diferentes.
La antimateria es como la materia normal, pero sus partículas tienen la carga eléctrica opuesta. Por ejemplo, un anti-electrón (o positrón) es como un electrón, pero con carga positiva. Si unimos antipartículas, podemos formar antiátomos, como el antihidrógeno, que se ha logrado crear por muy poco tiempo en laboratorios como el CERN.
El Problema de la Materia Oscura
Las estimaciones de la cantidad de materia en el universo, basadas en sus efectos gravitacionales, siempre sugieren que hay mucha más materia de la que podemos ver. Además, la existencia de la materia oscura ayuda a resolver varias dudas en la teoría del Big Bang. Por eso, determinar de qué está hecha la materia oscura es uno de los mayores desafíos de la ciencia moderna.
Aunque la materia oscura no nos afecte directamente en la Tierra, su existencia es clave para entender el futuro del universo. Sabemos que el universo se está expandiendo. Si no hubiera materia oscura, esta expansión continuaría para siempre. Sin embargo, las últimas mediciones sugieren que la expansión del universo se está acelerando debido a la energía oscura, y que continuará así.
Explicaciones Alternativas
Algunos científicos proponen que las inconsistencias observadas no se deben a la materia oscura, sino a que nuestra comprensión de la gravedad es incompleta. Sugieren que la gravedad podría ser más fuerte de lo que pensamos a grandes distancias.
Por ejemplo, la teoría de la Dinámica newtoniana modificada (MOND) propone que las leyes de Newton necesitan ser corregidas para aceleraciones muy pequeñas. Sin embargo, estas teorías tienen dificultades para explicar otros fenómenos, como las lentes gravitacionales o las variaciones en el fondo cósmico de microondas, que la materia oscura sí explica.
En agosto de 2006, el estudio del Cúmulo Bala demostró que, incluso si la gravedad fuera diferente, la mayor parte de la masa debe ser alguna forma de materia oscura. Esto se debe a que la materia normal se separó durante la colisión, pero los efectos gravitacionales de la materia oscura permanecieron, lo que indica que no interactúa con la materia normal de la misma manera.
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Véase también
En inglés: Dark matter Facts for Kids
