Materia Oscura Componente Invisible

La gráfica muestra un ejemplo realistico de cómo la energía oscula puede causar regiones que giran rápidament. en las galaxias espirales. [This graph shows a realistic example of how dark matter can cause outer regions of spiral galaxies to rotate faster than they would if they were only under the influence of gravity from visible matter. This discrepancy suggests that dark matter exists, exerting an additional gravitational pull.] En la página del Argonne National Laboratory, en https://www.anl.gov/science-101/dark-matter-and-dark-energy

Objetivos:

Terminada la lección podrás:

Explicar los conceptos fundamentales de la materia oscura.

Elba M Sepulveda

Astrofísica y la materia oscura

En astrofísica, la materia oscura es un tipo de materia hipotética que no interactúa con la luz ni con ninguna otra forma de radiación electromagnética, lo que la hace invisible¹ a la observación directa con telescopios. Sin embargo, su presencia se deduce a través de sus efectos gravitacionales sobre la materia visible, como las estrellas, las galaxias y los cúmulos de galaxias.

Evidencias de la existencia de la materia oscura:

Curvas de rotación de las galaxias: Las estrellas en las afueras de las galaxias giran a velocidades mayores de lo que se esperaría según la cantidad de materia visible presente. Esto sugiere la existencia de una masa invisible que ejerce una fuerza gravitacional adicional.
Lentes gravitacionales: La luz proveniente de objetos distantes se curva al pasar cerca de objetos masivos, actuando como una lente. La magnitud de esta curvatura es mayor de lo que se explica solo con la materia visible, lo que indica la presencia de materia oscura.
Cúmulos de galaxias: Los cúmulos de galaxias se mantienen unidos gracias a la gravedad. La masa visible en estos cúmulos es insuficiente para explicar su estabilidad, lo que sugiere la presencia de una gran cantidad de materia oscura.
Fluctuaciones en el fondo cósmico de microondas: El fondo cósmico de microondas, la radiación remanente del Big Bang, presenta pequeñas fluctuaciones de temperatura. Estas fluctuaciones se explican mejor con la presencia de materia oscura, que actuó como “semilla” para la formación de estructuras a gran escala en el universo.

Composición de la materia oscura:

La naturaleza exacta de la materia oscura sigue siendo un misterio. Se han propuesto varias candidatas, pero ninguna ha sido confirmada experimentalmente:

WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles): Partículas masivas que interactúan débilmente con la materia ordinaria a través de la fuerza nuclear débil y la gravedad.
Axiones: Partículas hipotéticas muy ligeras que interactúan muy débilmente con la materia ordinaria.
Neutrinos estériles: Un tipo hipotético de neutrino que no interactúa con la fuerza nuclear débil como los neutrinos ordinarios.
Objetos masivos compactos de halo (MACHOs): Objetos astronómicos como agujeros negros, estrellas de neutrones o enanas marrones que no emiten suficiente luz para ser detectados directamente. Sin embargo, las observaciones han descartado que los MACHOs constituyan una parte significativa de la materia oscura.

Importancia de la materia oscura:

La materia oscura juega un papel crucial en la cosmología y la astrofísica:

Formación de estructuras a gran escala: Se cree que la materia oscura fue fundamental para la formación de las primeras estructuras en el universo, como las galaxias y los cúmulos de galaxias.
Evolución de las galaxias: La materia oscura influye en la forma y la dinámica de las galaxias.
Composición del universo: Se estima que la materia oscura constituye aproximadamente el 27% del contenido total de masa-energía del universo, mientras que la materia visible solo representa alrededor del 5%. El resto corresponde a la energía oscura.

En resumen:

La materia oscura es un componente invisible pero fundamental del universo. Su existencia se deduce a través de sus efectos gravitacionales, y juega un papel crucial en la formación y evolución de las estructuras cósmicas. Sin embargo, su naturaleza exacta sigue siendo uno de los mayores enigmas de la física moderna. La investigación actual se centra en la búsqueda de partículas candidatas a materia oscura y en la realización de observaciones astronómicas más precisas para comprender mejor su distribución y sus propiedades.