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El mapa de la materia oscura

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El mapa de la materia oscura

Mensaje por richardalberto el Sáb Feb 18, 2012 10:05 pm

ENTREVISTA A LA DRA. CATHERINE HEYMANS (UNIVERSIDAD DE EDIMBURGO, ESCOCIA), COAUTORA DEL ESTUDIO DE MAYOR ESCALA SOBRE ESTA MISTERIOSA ENTIDAD COSMOLOGICA



LOS CUATRO SECTORES DEL CIELO DEL MAPA DE MATERIA OSCURA.
Desde el descubrimiento de la materia oscura, hace escasos ochenta años, los científicos vienen lidiando con esta misteriosa entidad física, que supera con creces a la materia ordinaria (de la cual estamos hechos nosotros y las estrellas). Esa cosa que nadie sabe bien qué es, pero que a escala macrocósmica abruma por su cantidad, por su peso y por su gravedad. Y que justamente por eso se sabe que existe: porque se “expresa” gravitatoriamente. Y no sólo eso: gracias a su desbordante presencia, la materia oscura parece ser una suerte de argamasa gravitatoria que, desde los albores del universo, organizó y aglutinó a las estructuras de materia convencional. Ayudó y ayuda a mantener la estructura y la cohesión de las galaxias y los cúmulos galácticos. Desde ese punto de vista, fue una aliada poderosa que permitió que ese “poquito” de Universo visible, del cual formamos parte, sea lo que es. Durante las últimas décadas, y a partir de estudios indirectos (fundamentalmente basados en los efectos gravitatorios que induce sobre la luz y el Universo observable), los astrónomos, físicos y cosmólogos han logrado ciertos modelos que describen, grosso modo, la distribución y cantidad de materia oscura del Universo. Y ahora acaban de dar un paso verdaderamente significativo: durante el último encuentro de la Sociedad Americana de Astronomía, celebrado en Austin, Texas, un equipo internacional de científicos presentó el mayor “mapa” de materia oscura jamás realizado. Un relevamiento que cubrió un área de cielo equivalente a 300 lunas llenas, y un diámetro de mil millones de años luz en el espacio. En esta edición de Futuro tratamos de echar algo de luz sobre este oscuro asunto y conversamos con la astrofísica británica Catherine Heymans, coautora principal de esta nueva epopeya de la ciencia.

–Antes de ir al mapa, cuéntenos algo sobre usted y su especialidad...

–Actualmente soy profesora de Astrofísica en el Instituto de Astronomía de la Universidad de Edimburgo. En 2003 obtuve mi doctorado en Astrofísica en la Universidad de Oxford. Y en estos últimos años, por ejemplo, he sido miembro de los paneles científicos que otorgan turnos de investigación en el Telescopio Espacial Hubble y en el Observatorio Europeo Austral. Mi especialidad es el “Lado Oscuro” de nuestro Universo. Pero cuando no me ocupo de nada de eso, pueden encontrarme haciendo castillos de arena en la playa, o remando en el mar con mis dos hijos...

–Ahora sí: el mapa. Usted y su colega, el profesor Ludovic van Waerbeke, de la Universidad de British Columbia, han liderado el equipo científico que acaba de dar a luz este sondeo de la materia oscura, inédito por su escala y profundidad. ¿Cuántos científicos y cuánto trabajo hay detrás del mapa?

–El equipo del proyecto Canada-France-Hawaii Telescope Lensing Survey (CFHTLens) está formado por 20 investigadores internacionales. Durante los últimos cuatro años hemos estado analizando las imágenes de más de 10 millones de galaxias. Imágenes que fueron tomadas por el Telescopio Franco-Canadiense de Hawai en cuatro regiones del cielo.

–Los cuatro cuadrados que aquí vemos...

–Claro, y el mayor de todos, al que llamamos “Campo de Invierno”, corresponde a una zona de la constelación de Orión. Es un área de cielo equivalente al tamaño de la palma de la mano, con el brazo estirado hacia el firmamento. En total hemos mapeado 155 grados cuadrados de cielo.

–¿Por qué eligieron esas zonas del cielo?

–Por empezar tuvimos que elegir áreas donde no hubiese estrellas brillantes que, con su resplandor, nos bloquearan la visión del Universo distante. Pero, además, esas cuatro zonas fueron elegidas porque en parte se superponían con otros sondeos astronómicos previos, que nos dieron información extra.

–Por definición, la materia oscura es invisible. Entonces, ¿cómo la detectaron en esas áreas del cielo?

–Lo que hicimos fue estudiar la débil señal que la materia oscura “imprime” en las imágenes de las lejanísimas galaxias que sí podemos ver.

–A ver...

–La luz de esas galaxias no llega a la Tierra en línea recta sino que, a medida que va atravesando las concentraciones de materia oscura, se va “torciendo” ligeramente, debido a la acción de la gravedad de esas masas invisibles. Gracias a este fenómeno, llamado “lentes gravitatorias”, podemos aprender mucho sobre la presencia y distribución de la materia oscura. Pero esta “señal” es tan sutil que sólo fue posible detectarla con el telescopio CHFT (ver recuadro) únicamente en las noches en que las condiciones climáticas eran perfectas.

–En su trabajo, ustedes explican que las zonas más claras (celestes) del mapa muestran las mayores concentraciones de materia oscura, y que los parches blancos corresponden a los cúmulos de galaxias, o sea, la materia visible.

–Así es.

–Entonces salta a la vista que las grandes masas de materia oscura, distribuidas a modo de redes, coinciden y “envuelven” a los cúmulos galácticos. ¿Por qué?

–Porque, tal como dice la teoría, avalada por estos resultados, la materia oscura fue la que, desde el comienzo, dictó cuándo y dónde se formaron los cúmulos de galaxias. En el Universo primitivo, la poderosa gravedad de la materia oscura fue la que aglutinó inicialmente a la materia ordinaria, que luego daría origen a las primeras galaxias.

–Resulta verdaderamente curioso: la materia oscura “ayudó” a construir las grandes estructuras de Universo visible.

–Sí, y no sólo eso: si no hubiese un masivo halo de materia oscura alrededor de nuestra propia Vía Láctea, el Sol, por ejemplo, que es apenas uno de los cientos de miles de millones de estrellas que la forman, saldría disparado fuera de la galaxia. La gravedad de la materia oscura es la principal causa de que todas las estrellas de la Vía Láctea estén juntas.

–¿Usted cree que los astrónomos realmente ya tienen evidencias definitivas sobre la existencia de la materia oscura? Porque, convengamos, hay quienes aún dudan de su existencia y proponen modelos alternativos, como el de la “Dinámica Newtoniana Modificada” (MOND).

–Los científicos no podemos probar una teoría. Sólo podemos desaprobarla. Y la verdad es que durante más de una década, mediante diferentes observaciones, hemos estado desafiando la teoría actual del Universo, según la cual está dominado por la materia oscura y “energía oscura”...

–Más adelante aclaramos qué es eso, siga por favor...

–Y la verdad es que, hasta ahora, no hemos encontrado una sola observación que demuestre lo contrario. De todos modos tenemos que seguir investigando, dado que todos sabemos que para tener una comprensión final y completa del Universo, seguramente tendremos que recurrir a alguna clase de nueva física que, a la vez, cambiará para siempre nuestra visión del cosmos.

–Yendo al punto: ¿qué extrañas cosas podría ser la materia oscura? Alguna vez se consideró, por ejemplo, a esos misteriosos “Objetos Masivos del Halo Galáctico”, los MACHOs, e incluso, otros objetos subestelares, como las enanas marrones...


–No. Se han hecho muchos estudios sobre ambas cosas para dar cuenta, al menos parcialmente, de la materia oscura en el halo de la galaxia. Pero todas esas investigaciones nos han mostrado que estos objetos son una pequeña fracción de la materia del Universo, así que podemos descartarlos.

–¿Y entonces de qué está hecha la materia oscura?

–La mayoría de los científicos cree que existe una partícula específica de materia oscura. Sería una partícula supersimétrica, es decir, una suerte de “espejo” de las partículas de materia ordinaria.

–¿Usted está hablando de los WIMPs?

–Exactamente.

–En la contratapa hablamos de esas supuestas “Partículas Masivas de Interacción Débil”. ¿Ya encontraron algo así?

–Los WIMPs todavía no han sido detectados, pero estamos muy confiados de encontrarlos con la ayuda del Gran Colisionador de Hadrones, en el CERN.

–Volviendo a lo macro: ustedes observaron galaxias muy distantes, situadas a 6 mil millones de años luz. O sea, las vieron como eran hace 6 mil millones de años. ¿Notaron, acaso, diferencias en el rol de la materia oscura a lo largo del tiempo?

–Sí, las observaciones y las técnicas estadísticas nos permitieron testear cómo fue variando el comportamiento de la materia oscura a lo largo del tiempo cósmico. Y eso, a su vez, nos dice algo sobre el rol de la también misteriosa “energía oscura”, que estaría acelerando la expansión del Universo.

–¿Y qué les dice su investigación sobre la materia oscura en cuanto a la energía oscura?

–Nos dice que, desde hace miles de millones de años, la energía oscura viene contrarrestando la acción de la materia oscura. Las masivas estructuras de materia oscura que hemos observado siempre tendieron a unir las estructuras visibles del Universo: los cúmulos de galaxias. Pero la energía oscura viene haciendo exactamente lo contrario: está acelerando la propia expansión del Universo. El espacio se “estira” cada vez más, separando a las galaxias. Al cambiar constantemente el campo de juego, la energía oscura hace que el trabajo de la materia oscura sea cada vez más difícil.

–¿Cuál ganará finalmente esta batalla cosmológica?

–La energía oscura ya ganó.

–¿Y cuál sería, entonces, la suerte final del Universo?

–Si todas nuestras observaciones y teorías actuales son correctas, el cosmos está condenado a un final más que triste...

–¿De qué estamos hablando?

–El Universo simplemente va a expandirse por siempre. Se hará cada vez más vacío, más frío y más oscuro, a medida que todas sus estrellas vayan agotando sus últimos combustibles y se vayan apagando.

–Suena oscuro, como no podía ser de otra manera en este caso. Gracias por la entrevista, Catherine.

–Gracias a ustedes por su interés en nuestro trabajo.

http://www.pagina12.com.ar/diario/suplementos/futuro/13-2659-2012-02-18.html

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Re: El mapa de la materia oscura

Mensaje por richardalberto el Sáb Feb 18, 2012 10:09 pm

De la “materia perdida” a los WIMP

En los últimos ochenta años la materia oscura ha sido uno de los temas y preguntas de la cosmología. Aquí un repaso de su historia y las teorías que intentaron e intentan explicarla.



AQUI EL CANADA-FRANCE-HAWAII TELESCOPE (CFHT), FUNDAMENTAL PARA “VER” LA MATERIA OSCURA.
Sin que nunca se lo hubiese imaginado, en 1933, el gran astrofísico Fritz Zwicky (1898-1974), nacido en Bulgaria, pero nacionalizado suizo, hizo uno de los descubrimientos más profundos e inquietantes de la historia de la ciencia. Zwicky estaba estudiando el famoso Cúmulo de Coma, una enorme metrópolis cósmica, formada por más de mil galaxias, situada a 300 millones de años luz de nuestra Vía Láctea. Y al cabo de un tiempo, notó algo que le llamó mucho la atención. Una incompatibilidad física que pedía a gritos una solución. Por un lado, él había hecho una estimación de la masa total del cúmulo (teniendo en cuenta su luminosidad, la cantidad de galaxias individuales observadas y la masa de una galaxia promedio). Y por el otro, midió la velocidad orbital de varias de sus galaxias. Algunas se movían a alrededor de 1000 kilómetros por segundo. Y ahí surgió el problema: a semejantes velocidades, esas galaxias deberían haber vencido el tirón gravitatorio de sus compañeras, escapándose del Cúmulo de Coma. Pero no, allí estaban, ligadas de algún modo al resto de sus vecinas. Zwicky revisó sus observaciones y sus cálculos y llegó a una única e inevitable conclusión: el Cúmulo de Coma debía ser mucho más masivo de lo que parecía. Sólo así la gravedad total del conjunto podía “atar” a esas galaxias superveloces. Mucha más masa: de hecho, Zwicky calculó que todo cerraba bien sólo si lo que se veía (las galaxias) era apenas la décima parte de la masa total del cúmulo. O dicho de otro modo: el cúmulo contenía un 90 por ciento de “materia perdida”, según sus propias palabras. La materia oscura, tal como se la llamó más tarde, ya asomaba su pesada pero invisible cabeza.

UNA PRESENCIA MASIVA E INVISIBLE

Lejos de resultar un caso único y extravagante, las pioneras observaciones de Zwicky en el Cúmulo de Coma fueron la punta de lanza de una abrumadora realidad cosmológica: con el correr de los años y con la ayuda de instrumentos y mediciones cada vez más finas, los astrónomos se toparon, una y otra vez, con cúmulos galácticos que parecían contener cinco o diez veces más masa que la que sumaban sus componentes visibles. Materia oscura que, a modo de red de contención, o “pegamento” gravitatorio envolvía, unificaba y organizaba esas grandes familias de galaxias.

Ya a partir de los años ’70 y ’80, los astrónomos encontraron claros indicios de la presencia de materia oscura en las propias galaxias individuales: las estrellas ubicadas en sus zonas más externas giraban demasiado rápido en torno de sus núcleos galácticos. Tan rápido que, teniendo en cuenta la masa observable de la galaxia que las contenía, deberían haberse escapado de su tirón gravitatorio. Pero no, allí estaban, girando alocadamente, como “sujetadas” por algo muy masivo, pero invisible. Evidencias de este tipo se han encontrado, por ejemplo, en la enorme, famosa y relativamente cercana galaxia de Andrómeda (M31). E incluso, en nuestra propia Vía Láctea, que parece estar envuelta por un colosal “halo de materia oscura”, unas diez veces más masivo que su espiralada estructura visible (formada por cientos de miles de millones de estrellas, y masas de gas y polvo).

FISICA DE LA EXTRAVAGANCIA

Más allá de su ominosa presencia, la materia oscura es todo un desafío para la física de nuestros días. Evidentemente no es materia ordinaria. O dicho más físicamente, no es “materia bariónica”, hecha, justamente, de “bariones”, como los protones, neutrones y electrones. Los bariones son partículas que interactúan y se “expresan” no sólo mediante la gravedad, sino también mediante las fuerzas nucleares y la fuerza electromagnética. Y son justamente esas interacciones las que permiten que la materia ordinaria emita o refleje luz. Que la veamos.

Pero la materia oscura es otra cosa: no emite, ni refleja, ni absorbe luz. Es literalmente invisible. Inevitablemente invisible. Tampoco interactuaría electromagnéticamente. Por eso, los científicos dicen que no podríamos “tocarla” ni sentirla de ninguna manera. Podría atravesarnos sin que nos demos cuenta. Y sin consecuencias para las entidades bariónicas: nosotros, la Tierra, el Sol o la galaxia visible entera. Pero la materia oscura sí interactúa gravitacionalmente. Ese es el único lenguaje en común que tiene con la materia convencional. Y por eso “vemos” sus efectos gravitatorios sobre las estructuras y los movimientos de las galaxias (y sus estrellas). E incluso, sobre la misma luz: la materia oscura, gravedad mediante, tuerce el espacio y, en consecuencia, tuerce el camino de la luz. Juega a las “lentes gravitatorias”. Y ese efecto es el que han estudiado y aprovechado los científicos que acaban de presentar este formidable “mapa de la materia oscura”, inédito por su escala y relevancia, sobre el que conversamos con la doctora Catherine Heymans (ver entrevista).

WIMP: ¿LAS PARTICULAS OSCURAS?

Desde hace décadas, los científicos vienen exprimiendo su imaginación tratando de encontrar alguna salida teórica que resuelva, en forma físicamente verosímil, la identidad de la materia oscura. Varias hipótesis fueron surgiendo, entre ellas, la que considera una variante “bariónica”: los Objetos Masivos del Halo Galáctico, cuya sigla en inglés, y por la que se los conoce generalmente, es MACHO. Se trataría, obviamente, de objetos no luminosos pero de materia convencional: fundamentalmente, agujeros negros, enanas marrones (esa suerte de “estrellas fallidas”) y hasta planetas “huérfanos”.

Sin embargo –y tal como explica la doctora Catherine Heymans– actualmente la mayoría de los astrónomos considera que los MACHO no son, ni por asomo, la parte más gruesa de este masivo pero invisible misterio. La variante que sí cuenta con la mayor adhesión de físicos y astrónomos es la posible existencia de partículas específicas de materia oscura. Unas minúsculas entidades no bariónicas, y más pequeñas que un átomo, llamadas Partículas Masivas de Interacción Débil, más conocidas por su sigla en inglés: WIMP. Además de ser muy pequeñas, el identikit teórico de estas cositas incluye su capacidad de interactuar con la materia ordinaria mediante la gravedad (como evidentemente hace la materia oscura). Y quizá también mediante la “fuerza nuclear débil” (que es otra de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza). Si así fuera, los WIMP podrían llegar a detectarse (y hasta perfilarse aproximadamente) mediante experimentos muy específicos (incluyendo sensores subterráneos), capaces de ver eventuales “flashes” y partículas residuales, producidas por su interacción con la materia ordinaria.

Hoy, ochenta años después de las pioneras observaciones de Fritz Zwicky, los astrónomos están más cerca de revelar la identidad del lado oscuro de la materia. Esa cosa poderosamente gravitante. Omnipresente desde el amanecer de los tiempos. Y que, como un arquitecto invisible, ha modelado y definido la macroestructura del universo.

http://www.pagina12.com.ar/diario/suplementos/futuro/13-2660-2012-02-18.html

richardalberto
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