La Materia y Energía Oscura

La Materia y Energía Oscura

Introducción

En el siguiente trabajo, expone de forma breve las hipótesis, teorías, investigaciones y proyectos encaminados a estudiar porciones significativamente grandes del cosmos, para tratar de determinar la naturaleza de la materia y energía oscura (hasta hoy hipotética) como parte complementaria de la estructura del universo y como sus efectos gravitacionales de repulsión sobre las galaxias son la evidencia de su existencia.

Oort (1932) y Zwicky (1933) usaban el término de material oscura para referirse a la masa faltante, abriéndose un nuevo reto para la Astronomía: el de determinar la naturaleza de la materia oscura a diferentes escalas.

Desarrollo.

En un principio el referente que usaron los investigadores para medir las distancias a que se encuentran los objetos astrofísicos en universo, fue la cantidad de luz que emiten, se suponía que cuanto más tenue era la, más lejos estaba del observador, además a las comparaciones de imágenes tomadas en diferente tiempo de una misma porción de la galaxia.

En 1929 el astrónomo Edwin Hubble concluyó, que el universo se está expandiendo, a partir de los análisis de datos encontró una relación lineal entre la velocidad y el corrimiento al rojo de las galaxias que hoy en día se conoce como ley de Hubble.

Tales descubrimientos dieron origen a una de las teorías más aceptadas actualmente, que plantea como se originó el universo: la teoría del Bing-Bang, afirma que hace unos 15,000 millones de años, el volumen del cosmos era mínimo y todo se hallaba concentrado en una partícula de energía infinitamente densa, que estalló y se convirtió en materia, esparciéndose a enorme velocidad, en ese momento la temperatura era muy alta que alcanzo unos 1028 grados, lo cual permitía que hubiera un acoplamiento entre los fotones y los electrones.

En los primeros momentos, el universo primigenio era plasma compuesto por electrones, quarks y neutrinos disociados unos de otros, había un enorme calor que alcanzaban los 1032 grados de temperatura, pero cuando la temperatura bajo a menos de 3,000°K, la interacción electromagnética provoco que los electrones empezaran a ligarse con los protones y se generaran los primeros átomos de helio e hidrogeno, enseguida conforme el universo se iba enfriando, se formaron las moléculas, nebulosas, estrellas, galaxias y planetas.

Según la predicción de esta teoría, la proporción de helio e hidrogeno en el universo debería ser 3 a 1. En efecto, los resultados observacionales confirman que el universo hay un 25% de helio y 75% de hidrogeno.

A partir de la gran explosión, el universo, incluido el espacio entre las galaxias se sigue expandiendo de forma infinita y acelerada, de manera que la energía liberada aun vaga en forma de radiación fósil, la cual fue detectada más tarde por Arno Penzias y Robert Wilson, con una antena de 6 metros. En sus experimentos, la radiación se presentó como una fuente de ruido que provenía más allá de nuestra galaxia, pero más concretamente de la explosión que origino el universo.  En 1989 se lanzó el COBE (Cosmic Background Explorer) para mapear esta radiación, arrojando como resultado un fondo de microondas que tomo del cosmos, confirmando así lo predicho por la teoría del Bing-Bang.

A partir de aquí se plateo 3 posibilidades acerca de la geometría del universo, desde el punto de vista de la teoría de relatividad de Albert Eistein esta puede ser plana, de curvatura positiva y negativa, todo depende de la cantidad de materia, ya que un objeto astrofísico muy masivo curva más el espacio-tiempo que un objeto con poca masa.

Pero había contradicciones, según las observaciones realizadas en los 90’s la cantidad de materia en el universo no era suficiente, ni siquiera para producir una geometría plana y si por otra parte, ya antes los análisis de la luz emitida por las galaxias, indicaban que el universo se expandía por efecto de la materia ¿En dónde estaba la materia faltante que provocaba esta expansión? y ¿Por qué no se detectó en las mediciones y observaciones realizadas?

Las supernovas que son el resultado de la explosión termonuclear de estrellas enanas blancas que llegan a superar su masa crítica, dicha explosión liberan enormes cantidades de energía.

Gracias a la luz que emiten estos objetos astrofísicos, los investigadores dedujeron, a través del corrimiento al rojo de la radiación, que el universo se expande, pero no a una velocidad constante, sino que va aumentando su velocidad conforme aumenta la distancia entre las galaxias, es decir la expansión del universo se va acelerando y por consiguiente este es más antiguo de lo que se estimaba.

Por un lado se iban resolviendo y comprendiendo, algunas partes del estudio del universo, pero por otro lado nos queda el mismo problema sin resolver que se plantearon los astrónomos en forma de incógnita ¿Qué es lo que está acelerando la expansión del universo?

 La primera evidencia observacional, que sugiere la existencia de la “Energía Oscura” en el Universo, se remonta al año de 1998, cuando el astrofísico Adam Riess y su equipo de colaboradores observaron la curva de luz de 16 supernovas del tipo “Ia”.

La existencia de la materia oscura, desafía principalmente a la ley de Newton, por lo que se ha tenido que hacer un ajuste, denominándola para encajar en estos sistemas como la Dinámica Newtoniana Modificada (MOND).

Otra evidencia, fue que se esperaba que la velocidad a que gira el material en las partes más alejadas del centro galáctico fuera disminuyendo conforme aumentara la distancia galactocentrica, sin embargo no era así, por el contrario, la curva en graficas de velocidad y distancia, se aplana, es decir el material mantiene una velocidad muy alta, lo cual hace suponer que las galaxias están rodeadas por halos materia oscura, que no es visible con los instrumentos de observación, pero se sabe de su existencia por los efectos gravitacionales que ejercen sobre las galaxias, obligándolas a girar más rápidamente de lo que se espera.

El efecto de lente gravitatorio, también es una evidencia de la existencia de la materia oscura y se manifiesta como consecuencia de que en medio de la trayectoria entre el observador y el objetivo, hay objeto astrofísico masivo que no se ve, pero cuya existencia es evidente, porque es capaz de curvar el espacio-tiempo. El efecto es que el rayo de luz al pasar por dicha aglomeración de masa es desviado, dando la impresión de ser emitido por otra fuente.

Por un lado se iban resolviendo y comprendiendo, algunas partes del estudio del universo, pero por otro lado nos queda el mismo problema sin resolver que se plantearon los astrónomos en forma de incógnita ¿Qué es lo que está acelerando la expansión del universo?

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