La materia oscura no es una teoría

La materia oscura no es una teoría, no se puede “desmontar”. Qué es la materia oscura, eso ya es otra cosa. Existe la creencia popular de que la materia oscura es un concepto extraño que se han inventado los científicos para intentar dar sentido a algo que no entienden. Y aunque es cierto que no entendemos la materia oscura, la verdad es que nadie se ha inventado nada. Que la materia oscura existe es un hecho innegable, pues multitud de observaciones experimentales así lo muestran.

Las primeras evidencias de la existencia de la materia oscura tienen ya casi 100 años. Durante la década de 1920, Ernst Öpik y más tarde Jacobus Kapteyn trataron de estimar la densidad de materia en las cercanías del sistema solar. Sus estudios no parecieron mostrar discrepancias con el resultado esperado, aunque correcciones posteriores hicieron plantear la posibilidad de que existiera cierta masa que no fuéramos capaces de ver.

En la década de 1930, Fritz Zwicky utilizó lo que se conoce como el Teorema del Virial, para estudiar la masa de estructuras más grandes. Concretamente estudió el cúmulo de Coma, que contiene más de 1000 galaxias, encontrando que la velocidad de las galaxias dentro del cúmulo era demasiado alta como para ser retenidas simplemente por su mutua gravedad. Sus observaciones sugerían que la masa total del cúmulo era más de cien veces superior a la que podíamos inferir a partir de su luminosidad. Zwicky también fue uno de los primeros en sugerir métodos alternativos para determinar la masa de las grandes estructuras, mediante lentes gravitacionales por ejemplo.

En los años que siguieron, Harold Babcock y Jan Oort analizaron la velocidad de las estrellas en su órbita alrededor del centro galáctico. Estas medidas de la rotación de las estrellas de Andrómeda mostraban que la velocidad no disminuía al alejarnos del núcleo galáctico, como se esperaría de la menor densidad estelar de esas regiones que podía deducirse de la menor luminosidad de las regiones exteriores de la galaxia. Aunque en aquel momento se atribuyó este comportamiento a errores de medida, la verdad es que con los años se obtuvieron resultados similares para otras galaxias. En palabras de Oort “la distribución de la masa parece no guardar casi relación con la distribución de la luz”.

El principal avance en este tipo de estudios vino de la mano de Vera Rubin y Kent Ford, gracias a su uso de espectrografía mucho más sensitiva. Rubin estuvo trabajando en las velocidades estelares alrededor del núcleo galáctico, lo que se conocen como curvas de rotación galáctica, a finales de los 60 y durante los 70 del siglo pasado. La conclusión de años de estudios fue que efectivamente la velocidad de las estrellas en la periferia de las galaxias observadas no caía, sino que se mantenía relativamente constante. Esto sugería que más de la mitad de la masa de dichas galaxias estaba contenida en un halo que no éramos capaces de observar directamente, que era oscuro. Además, cada galaxia presentaba una curva diferente para la rotación de sus estrellas. Esto lo que significa es que la curva no es fruto de un error sistemático de medida, pues en cada galaxia la contribución y la distribución de la materia oscura es diferente.

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El Fondo Cósmico de Microondas es otra de las evidencias que tenemos de la existencia de la materia oscura. En el universo joven, la materia oscura y la materia ordinaria no se comportaban de igual forma. A pesar de que ambas son consideradas “materia”, el hecho de que la materia ordinaria pueda interactuar con la radiación hizo que su evolución estuviera ligada a la de esta luz. Aún así, la presencia de la materia oscura formó las semillas a partir de las cuales acabaron formándose las galaxias y cúmulos de galaxias que observamos en la actualidad. Las imperfecciones del Fondo Cósmico de Microondas son una evidencia de la presencia de estas semillas de materia oscura y de la diferente evolución de ambos tipos de materia.

Todas estos descubrimientos, por supuesto, no se hicieron buscando algo concreto, sino que fueron completamente fortuitos. En su estudio de diferentes estructuras en el universo, diferentes astrónomos encontraron que lo que predecían sus modelos no se correspondía con la realidad. Y esa realidad es la materia oscura. La materia oscura son estas observaciones (y muchas otras llevadas a cabo desde entonces en otros ámbitos de la astrofísica). Una vez comprendido el significado de las observaciones, podemos plantearnos proponer explicaciones a dichas observaciones. En la actualidad existen gran cantidad de ellas.

Se ha propuesto que la materia oscura puede estar formada por objetos como agujeros negros o que puede provenir de la presencia de nuevas partículas subatómicas que no hemos conseguido observar en nuestros aceleradores de partículas. Se ha propuesto incluso que las teorías que tenemos para describir la gravedad no son del todo correctas, especialmente a las escalas espaciales del universo. Todo esto sí son teorías, o llegarán a serlo según se demuestre que describen correctamente el universo o no. Las observaciones sin embargo seguirán siendo siempre observaciones.

Referencias: