¿Es seguro que existe la materia oscura?

La prueba más clara llegó con los estudios de la astrofísica estadounidense Vera Rubin sobre los movimientos de las galaxias espirales


REBECA GONZÁLEZ SUÁREZ. 21 ENE 2020


Hay 
evidencia de la existencia de la materia oscura desde hace bastante tiempo. La primera vez que tuvimos idea de que había algo más que no veíamos fue en los años veinte y treinta del siglo pasado. Pero la prueba más clara llegó con los estudios de la astrofísica estadounidense Vera Rubin sobre los movimientos de las galaxias espirales, que son la base para que pensemos que sí hay materia oscura. Para entender lo que significa el trabajo de Vera Rubin debes saber que conocemos la relación entre la masa que contienen las galaxias y la luz que producen. Eso quiere decir que podemos calcular cuánta masa contiene una galaxia gracias a la luz que nos llega de ella. A la vez, también podemos estimar la masa de una galaxia estudiando su velocidad de rotación. Lo que observó Vera Rubin es que los datos que obtenía gracias a esa relación, no cuadraban. Se necesitaba mucha más masa que la visible para justificar la velocidad a la que giraban las galaxias. Esta se considera la evidencia más clásica de la existencia de materia oscura, pero hay muchas más.
La siguiente más importante quizá sean las lentes gravitacionales. Gracias a la teoría de la relatividad general sabemos que una masa grande provoca que la luz que pasa cerca de ella se curve. Si hay una fuente intensa de luz, como puede ser un cuásar, a una cierta distancia y hay algo con masa en el medio, la luz que del cuásar nos llega con una cierta curvatura. En este caso la curvatura que nos llega tampoco se corresponde con la cantidad de masa visible que observamos sino con una masa mayor. Pero la cantidad de materia oscura que estimamos que existe gracias a lentes gravitacionales sí es compatible con las medidas de los giros de las galaxias que observó Rubin.
Otra señal de materia oscura proviene de la distribución de la radiación de fondo de microondas del universo que igualmente podemos medir. Lo que ocurre con esta radiación es que tiene una forma un poco rara, no es simétrica, sino que tiene una anisotropía que no se corresponde con lo que podríamos esperar si toda la materia se comportara como la materia ordinaria. Si toda la materia del universo fuera como la que nos forma y desde el Big Bang todo hubiera funcionado como sabemos que la materia ordinaria se comporta, la radiación de fondo de microondas no sería como es. Pero si tenemos en cuenta la materia oscura dentro de ese modelo, entonces sí es compatible con lo que vemos.

Las observaciones que obtenemos del universo no son posibles solo con la materia que conocemos
Es decir, las observaciones que obtenemos del universo no son posibles solo con la materia que conocemos. Por eso deducimos que debe haber algo más, algo a lo que hemos llamado materia oscura. Aunque su nombre debería ser materia transparente porque, al menos de momento, no podemos verla. Sabemos que está ahí y detectamos cómo se comporta, pero no podemos verla ni describirla.
La realidad es que no tenemos ni idea de lo que es. Probablemente tiene masa porque lo que detectamos parece provocado por la presencia de masa. Casi toda la evidencia es gravitacional. Sabemos entonces que le afecta la gravedad y que no emite ni absorbe luz. Y, por ahora, no hemos visto materia oscura interactuando con ningún tipo de materia normal. No sabemos si está hecha de partículas o si lo que creemos que es materia oscura es la gravedad se comporta de formas que no conocemos.
El año pasado precisamente se publicó un artículo que proponía definir la materia oscura como una modificación de la gravedad. Cuando salió este artículo proponiendo que en realidad no hay materia oscura, sino que hay partes de la fuerza de la gravedad que no entendemos bien, primero hubo mucho entusiasmo, pero enseguida se publicaron respuestas señalando cosas que los autores del artículo no tenían en cuenta. Así que por ahora seguimos pensando que hay materia oscura.

Lo más natural desde nuestro punto de vista es pensar que la materia oscura, al igual que la materia normal, está formada por partículas
Lo más natural desde nuestro punto de vista es pensar que la materia oscura, al igual que la materia normal, está formada por partículas. Así es como entendemos el universo: formado por partículas que interaccionan unas con otras. Si la materia oscura formara parte de un sector oscuro que existe en paralelo al nuestro, no hay ninguna razón para pensar que no pueda formar estructuras como las que forma la materia normal que vemos. Pero por ahora no tenemos forma de comprobar si eso es así o no porque la materia oscura, si interactúa con nosotros lo hace de forma muy débil. Lo que sí hay en marcha son muchos experimentos de diversos tipos para tratar de verla: observación directa, indirecta y su estudio en colisiones de partículas. Precisamente esto último es a lo que yo me dedico, a buscar un sector oscuro en colisiones que provocamos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) y estudiamos con el detector de partículas ATLAS. Por el momento no hemos tenido resultados positivos, pero el espacio en el que buscar es aún ilimitado.
Rebeca González Suárez es doctora en física de altas energías e investigadora de la Universidad de Uppsala en Suecia.