Otra pieza en el puzzle de la materia oscura

La mayoría de los científicos están de acuerdo en que la mayor parte de la materia del universo es oscura. La materia oscura, que es indetectable mediante la observación directa, puede sólo inferirse gracias a sus efectos gravitatorios sobre la materia que vemos.

“En principio”, cuenta Signe Riemer-Sørensen, científico del Centro de Cosmología Oscura de la Universidad de Copenhague, a PhysOrg.com, “la materia oscura no puede observarse directamente. Sabemos que tiene que ser algún tipo de partículas que no hemos visto aún en la Tierra, y que puede existir sin ser detectada”.

La bruma azul y roja es la emisión de rayos-X por parte del gas. Los contornos verdes representan el potencial gravitatorio cartografiando la distribución de masa en el cúmulo de galaxias. Los autores observaron la “mancha” de materia a la derecha de la parte delantera del gas amarillento. Esta mancha originalmente provenía de la izquierda, y en los últimos 100 000 años se ha movido a través de la mancha mayor hacia la derecha, donde se separó el gas. Crédito: Datos del telescopio de rayos-X Chandra, cortesía de Signe Riemer-Sørensen.

Riemer-Sørensen es uno de los muchos científicos de todo el mundo interesados en el estudio de la materia oscura. Debido a que está tan extendida, los físicos están de acuerdo en que comprender cómo funciona la materia oscura es una cuestión fundamental que podría llevar a un mejor conocimiento del universo, y las leyes básicas de la física sobre las que trabaja. Riemer-Sørensen y su grupo, que también cuenta con científicos de la Universidad de Patras y la Universidad Aristóteles de Tesalónica en Grecia, y la Universidad de Oslo, están trabajando en una forma de determinar algunas características de la materia oscura.

“Tomamos una teoría específica sobre la materia oscura”, explica Riemer-Sørensen. “Observamos un tipo específico de partículas en decaimiento, y si representan la materia oscura, decaerán y se transformarán en fotones en rayos-X”. Las partículas en cuestión son los axiones, partículas elementales hipotéticas usadas en las teorías que describen las dimensiones “extra”. La idea, dice, es buscar un área del universo que tenga gran cantidad de materia oscura y entonces buscar emisiones de rayos-X débiles.

Riemer-Sørensen y sus compañeros buscaron en los cúmulos de galaxias en colisión. “Un buen lugar para hacer esto son los cúmulos de galaxias dado que son muy pesados y contienen aproximadamente un 85 por ciento de materia oscura. Las estrellas y galaxias son sólo aproximadamente un 5 por ciento, y un 10 por ciento de gas caliente, que también emite rayos-X”.

Apunta que las galaxias dentro de los cúmulos no colisionan en el sentido clásico. Más bien pasan unas a través de otras. “Lo único que colisiona son los gases del cúmulo galáctico”. Durante la colisión galáctica, los gases se desplazan debido a la fricción.

“Esto se compara con el potencial gravitatorio de la materia oscura”, continúa Riemer-Sørensen. “Dado que los dos cúmulos galácticos han colisionado, y el gas ha sido desplazado. En un cúmulo galáctico normal, las galaxias, el gas y la materia oscura están contenidos en la misma región. En el caso de la colisión existe una separación clara, y para encontrar las famosas emisiones de rayos-X de los axiones, observamos en regiones donde existe una gran masa, pero muy poco gas”.

Por tanto, ¿encontraron Riemer-Sørensen y sus colegas las débiles emisiones de rayos-X de la materia oscura? “No encontramos ninguna clara señal de emisiones de rayos-X de los axiones en estas regiones”, dijo. “Y esto nos dice algo sobre la materia oscura”. Si las partículas de materia oscura siguen las reacciones de decaimiento expuestas en la Teoría de Axiones como materia oscura, entonces la materia oscura tiene un tiempo de vida extremadamente largo. “Si la materia oscura decae”, insiste Riemer-Sørensen, “entonces el tiempo de vida de los axiones es al menos de 3 mil billones de años, que es veinte veces más del tiempo de vida de nuestro universo”.

“Esto es un trozo de información que nos cuenta algo sobre cómo debe comportarse la materia oscura”, continúa Riemer-Sørensen. “Por tanto, por razones técnicas los rayos-X pueden actualmente eliminarse como forma de detectarla”.

Sin embargo, no ha tratado de detectar la materia oscura directamente. “Ahora estamos trabajando en los rayos gamma para ver si existe allí una firma”.

La materia oscura ha confundido a los científicos durante tres décadas, pero han logrado encajarse pocas piezas de este puzzle.


Autor: Miranda Marquit
Fecha Original: 5 de octubre de 2007
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Comments (6)

  1. [...] Otra pieza en el puzzle de la materia oscurawww.cienciakanija.com/2007/10/08/otra-pieza-en-el-puzzle-de-… por mezvan hace pocos segundos [...]

  2. diego pawloff

    Si tenemos materia oscura,que penetra en un agujero negro,ysale materia blanca.
    Es la continuidad del proceso que puede ser infinito,y destruye la teoria del Bing Bang
    el tiempo como elemento queda excluido,será posible esuna teoria a discutir.-

  3. Manlio E. Wydler

    La materia oscura es un error tan grande como crear ciertos coeficientes equilibrantes de ecuaciones, que con el tiempo se desploman. Hay teorías más importantes para explicar la expansión actual y luego la contracción alternativa hacia un Big-Crunch. La teoría del caos , con las de las menbranas, dejan lugar a cambios de estado que permitirían concebir mundos “paralelos”contrayéndose y expandiéndose, la contracción espacio temporal, los viajes espaciales larguísimos y casi instantáneos.
    Las implicacias son totales, es el futuro de las civilizaciones. La materia oscura es un mal invento que nos paraliza.

  4. El fotón es una partícula con masa en reposo nula consistente en un cuanto de radiación electromagnética (cuanto de luz). El fotón también puede ser considerado como una unidad de energía igual a hf, donde h es la constante de Planck y f es la frecuencia de radiación en hertzios. Los fotones viajan a la velocidad de la luz, es decir, a 299.792.458 metros por segundo. Son necesarios para explicar (como dijo Einstein) el efecto fotoeléctrico y otros fenómenos que requieren que la luz tenga carácter de partícula unas veces y de onda otras.

    El conocimiento de la luz (los fotones), ha permitido a la humanidad avances muy considerables en electrónica que, al sustituir los electrones por fotones (fotónica) se han construido dispositivos de transmisión, modula-ción, reflexión, refracción, amplificación, detección y guía de la luz. Algunos ejemplos son los láseres y las fibras ópticas. La fotónica es muy utilizada en telecomunicaciones, en operaciones quirúrgicas por láseres, en armas de potentes rayos láser y… en el futuro, en motores fotónicos que, sin contaminación, moverán nuestras naves a velocidades súper-lumínicas. ¡Quién sabe!

    El electrón, otra partícula elemental importantísima para todos nosotros y para el universo mismo, está clasificado en la familia de los leptones, con una masa en reposo de notación numérica igual a 9’109 3897 (54) ×10 exp.-31 Kg y una carga negativa de notación numérica igual a 1’602 177 33 (49) ×10 exp.-19 couulombios. Los electrones están presentes en todos los átomos en agrupamientos llamados capas alrededor del núcleo; cuando son arrancados del átomo se llaman electrones libres. La antipartícula del electrón es el positrón cuya existencia fue predicha por el físico Paúl Dirac. El positrón es un hermano gemelo del electrón, a excepción de la carga que es positiva.

    El electrón fue descubierto en 1.897 por el físico Joseph John Thomson (1.856 – 1.940). El problema de la estructura (si es que la hay) del electrón no está resuelto; nuestras máquinas no tienen la potencia suficiente para poder llegar, en el micromundo, a distancias infinitesimales de ese calibre. Si el electrón se considera como una carga puntual su auto energía es infinita y surgen dificultades de la ecuación de Lorentz-Dirac.

    Es posible dar al electrón un tamaño no nulo con un radio r0 llamado el radio clásico del electrón, dado por ro = e2/(mc2) = 2’82×10-13 cm, donde e y m son la carga y la masa, respectivamente, del electrón y c es la velocidad de la luz. Este modelo también tiene problemas como la necesidad de postular las tensiones de Poincaré. Ahora se cree que los problemas asociados con el electrón deben ser analizados utilizando electrodinámica cuántica en vez de electrodinámica clásica.

    Los neutrinos se forman en ciertas reacciones nucleares y ningún físico atómico ha sido hasta ahora capaz de medir su masa. Es probable que los neutrinos, como los fotones, tengan una masa en reposo nula, aunque en realidad el neutrino nunca podrá estar en reposo y, como el fotón, siempre se está moviendo a 299.792’458 Km/s y adquieren esa velocidad desde el instante en que se forma.

    Pero los neutrinos no son fotones, porque ambos tienen propiedades muy distintas. Los fotones interaccionan fácilmente con las partículas de materia y son retardados y absorbidos al pasar por la materia. Los neutrinos, por el contrario, apenas interaccionan con las partículas de materia y pueden atravesar un espesor de años luz de plomo sin verse afectados.

    Parece claro, por tanto, que si los neutrinos tienen una masa en reposo nula, no son materia. Por otro lado, hace falta energía para formarlos, y al alejarse se llevan algo de ella consigo, de modo que son una forma de ener-gía.

    Sin embargo, atraviesan cualquier espesor de materia sin interaccionar apenas, de modo que prácticamente no efectúan trabajo. Lo cual les distingue de cualquier otra forma de energía. En su momento se habló de que los neutrinos podían ser la energía oscura que tanto fascina a todos los físicos, astrofísicos y astrónomos, sin embargo, al no haber detectado la masa de los neutrinos, se desechó la idea.
    El neutrino es de la familia de los leptones y existe en tres formas. Una asociada al electrón y se conoce como neutrino electrónico (Ve), otra al muón y es el neutrino múonico (Vµ) y por último el que está asociado con la partícula tau, que es el neutrino tauónico (Vt). Cada forma tiene su propia antipartícula.

    El neutrino fue postulado en 1.931 para explicar la energía “perdida” en la desintegración beta. Fue identificado de forma tentativa en 1.953, y de-finitivamente en 1.956, dando la razón a Wolfgang Pauli que presintió su existencia.

    Los neutrinos no tienen carga y como dijimos antes, tampoco tienen masa; son pura energía que viaja siempre por el espacio a la velocidad de la luz. En algunas teorías de gran unificación se predice que los neutrinos tie-nen masa no nula, pero no hay evidencia concluyente para eso.

    Cuando Pauli propuso su existencia para justificar la energía perdida en la desintegración beta, Enrico Fermi lo bautizó con el nombre de neutrino. La ley de conservación de la energía prohíbe que ésta se pierda, y en la desintegración beta, que es un tipo de interacción débil en la que un núcleo atómico inestable se transforma en un núcleo de la misma masa atómica pero de distinto número atómico, hace que en el proceso un neutrón se convierta en un protón con la emisión de un electrón, o de un protón en un neutrón con la emisión de un positrón. Pero la cuenta no salía, allí faltaba algo, no se completaba en la transformación la energía original, así que Pauli añadió en la primera un antineutrino electrónico y la segunda la completó con un neutrino electrónico, de la manera siguiente:

    Neutrón desintegrado
    Protón desintegrado

    Un ejemplo de esto es la desintegración del carbono-14.

    Así fue como se dio a conocer al mundo la existencia de neutrinos que, algunos, en su momento lo pusieron como condidatos para ser la perdida materia oscura, y, ahora, de nos habla de Axiones que relacionan con experimentos efectudos con fotónes energéticos.

    Está bien que se busquen las respuestas a todo aquello que no sabemos pero, hasta el momento, lo que conocemos es lo que arriba os cuento y, esas partículas exóticas, como el Axión y sus hermanas de teoría, nos quedan algo lejos, incluso más lejos que el esquivo gravitón.

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