Materia escura

Distribución estimada da materia escura e da enerxía escura no universo. As porcentaxes variaron durante a evolución do universo e son consontes coa teoría do Big Bang.

En cosmoloxía, a chamada materia escura é unha hipotética materia de natureza descoñecida e que non emitiría radiación electromagnética detectábel, e cuxa única interacción observábel coa materia "normal" sería de natureza gravitatoria, de xeito que a súa presenza daría conta de movementos de rotación nas galaxias que non encaixan nos modelos gravitacionais aceptados, e outras observacións astronómicas que carecen actualmente de explicación satisfactoria, como algunhas lentes gravitacional (tamén son usadas lentes gravitacionais para detectar estruturas de materia escura), a distribución de gas quente nalgunhas galaxias e cúmulos de galaxias ou a distribución anisotrópica na radiación de fondo cósmico de microondas. Todas estas observación esixen, ou ben un cambio de modelo cósmico, ou ben un aumento da masa tal que máis dun 63% da masa material do Universo debería corresponder a esta materia descoñecida.

Historia inicial

Curva de rotación dunha galaxia espiral típica: curva prevista (A) e observada (B). A existencia de materia escura pode explicar a curva de velocidade real.

O primeiro astrónomo que teorizou a súa existencia foi Fritz Zwicky no ano 1933 ao calcular a masa do cúmulo de galaxias Coma en relación ás velocidades rotacionais e orbitais das galaxias do cúmulo, atopando unha diferenza de 160 veces, deulle o nome a esa materia 'perdida' que orixinaría a anomalía de "dunkle Materie" (materia escura). A primeira persoa en hipotetizar a súa existencia foi a astrónoma Vera Rubin no ano 1950, tras determinar espectros estelares para calcular as velocidades de rotación na contorna da galaxia de Andrómeda. Porén, a súa tese de doutoramento foi ignorada pola maioría ata os anos 1970, ao calcular a curva da rotación galáctica en relación a masa calculada da galaxia M31, a galaxia de Andrómeda.

Un dos maiores desafíos da astronomía moderna é a detección deste máis de 90% do Universo, invisible para a actual tecnoloxía telescópica. Segundo os datos feitos públicos polos responsables da misión da sonda Planck, o 23 de marzo do ano 2013, o universo estaría composto nun 4,9% de materia ordinaria, nun 26,8% de materia escura, e nun 68,3% de enerxía escura.

A ciencia logrou entender moito da "materia bariónica", a materia "normal" que forma as estrelas e planetas, pero os investigadores teñen moitos problemas para explicar que constitúe o principal material do que está formado o cosmos. A súa presenza conxectúrase pola velocidade en que as galaxias rotan. É dicir, as estrelas das galaxias móvense tan rápido que no modelo gravitacional hoxe aceptado sería imposíbel que se mantivesen xuntas por atracción gravitacional. A hipótese da materia escura permite dar conta deste feito, a cambio de propoñer a meirande parte da materia do universo é invisíbel e descoñecida.

A comezos de 2006, científicos de Cambridge, estudando doce galaxias ananas situadas preto do límite da nosa propia Vía Láctea, realizaron mapas en 3D das galaxias baseándose no movemento das súas estrelas para "trazar" a pegada desa materia escura entre elas e medila con precisión, concluíndo que as galaxias debían conter 400 veces máis materia escura que materia bariónica e que a materia escura non sería, como se cría, fría: as partículas de materia escura, moveríanse a 9 km por segundo, e estarían a uns 10000 °C.

Simulación da formación de filamentos e cúmulos galácticos partindo de materia e enerxía escuras

Evolución posterior

O estudo das posibles fontes de materia escura comezou no século XX. A colaboración DAMA e o experimento DAMA/NaI foron percursores do actual DAMA/LIBRA. Na actualidade emprégase o observatorio espacial Herschel (no espazo dende 2009) para o estudo da materia escura utilizando como ferramenta principal o telescopio de 3,5 metros, que traballa na lonxitude de onda de luz infravermella. Froito desta investigación, a revista Nature publicou (en liña o 16 de febreiro de 2011 e na edición impresa 24 de febreiro de 2011) o traballo do equipo de astrónomos dirixido por Asantha Cooray (Universidade de California en Irvine) que calcularon a cantidade de materia escura necesaria para a creación dunha galaxia, baseándose nas imaxes do fondo cósmico infravermello da rexión celeste chamada "Lockman Hole", situada na constelación da Osa Maior , chegando a estimar que faría falla unha cantidade de materia escura equivalente a 300 millóns de masas solares (estrelas coa masa do Sol) para xerar unha galaxia.

A derradeira misión espacial da lanzadeira espacial americana Endeavour (o 16 de maio de 2011) deixou o espectrómetro magnético Alfa ou AMS na Estación Espacial Internacional (ISS). Deseñado polo equipo da NASA liderado polo físico Samuel Chao Chung Ting, (Nobel de física en 1976) para localizar galaxias de antimateria, materia escura (na procura de neutralinos mediante a localización de positróns de alta enerxía), e raios cósmicos. O espectrómetro é ultrasensible e require un supercomputador composto por mais de 650 procesadores; é por iso que no canto de ser un satélite máis, débese instalar na ISS para acadar a subministración de enerxía necesaria para o seu correcto funcionamento (o custo económico do satélite é de 1500 millóns de dólares). O núcleo do instrumento é un imán supercondutor arrefriado con helio a -271.35º Celsius (isto é 1,8º Celsius por riba do cero absoluto) producindo un campo magnético de 1 Tesla (20 000 veces maior ao campo magnético terrestre).

Clasificación

Seguindo un criterio de temperatura, clasifícase en quente (hot/warm) e fría (cold). A materia escura quente sería a que deido á velocidade do seu movemento foi quen de escapar de influencias gravitatorias , non formando estruturas, mentres a materia escura fría tería un movemento máis lento que deixaría confinados grumos, formando estruturas.

Características estimadas

En 2020 considérase que, aínda descoñecendo aspectos fundamentais como a súa constitución, tense xa unha serie de datos para aproximarse á interpretación da súa realidade.

• A cantidade estimada implica que as súas partículas constitutivas teñen unha estabilidade que implica unha vida media superior ós 3 000 millóns de anos.
• Contribúe á formación de galaxias tal como as coñecemos.
• Constitúe o 85 % da materia do universo

Partículas candidatas

A medida que se se foi experimentando, tamén a teoría sobre a materia escura foi evolucionando, e con ela, as posibles partículas candidatas a formar parte da materia escura. No 2021 a lista de partículas inclúe:

• MACHOs
• Axións
• WIMPs
• Gravitinos
• Neutralinos
• Fotóns escuros

Véxase tamén

Outros artigos

• Enerxía escura.
• Lente gravitacional.

Ligazóns externas

• "The Dark Matter Mystery: Stars Are Moving Too Fast". Primeiro documental da serie adicada a materia escura do Perimeter Institute for Theoretical Physics do Canadá. (en inglés)
• "The Dark Matter Mystery: 39 Billion Missing Suns". Segundo documental da serie adicada a materia escura do Perimeter Institute for Theoretical Physics do Canadá. (en inglés)
• "The Dark Matter Mystery: Gravitational Lensing". Terceiro documental da serie adicada a materia escura do Perimeter Institute for Theoretical Physics do Canadá. (en inglés)
• "The Dark Matter Mystery: Most Of The Universe Is Missing". Cuarto documental da serie adicada a materia escura do Perimeter Institute for Theoretical Physics do Canadá. (en inglés)
• "Dark Matter Game", videoxogo educativo que relaciona masa e velocidade de rotación galáctica (en inglés)
• Páxina web adicada ao Observatorio Espacial Herschel Arquivado 08 de marzo de 2014 en Wayback Machine. (en inglés)
• Páxina web adicada ao AMS (en inglés)

---

Este artigo sobre astronomía é, polo de agora, só un bosquexo. Traballa nel para axudar a contribuír a que a Galipedia mellore e medre.  Existen igualmente outros artigos relacionados con este tema nos que tamén podes contribuír.

---