Materia Oscura: Cuándo, Cómo y Por qué ?
Xavier Amador
Físico Matemático
MIEMBRO DE LA ASOCIACION PANAMEÑA DE AFICIONADOS A LA ASTRONOMIA

El problema de la Materia Oscura [MOs] es extremadamente fascinante. Desde 1922 ya se estaban recopilando las primeras evidencias de lo que constituiría uno de los enigmas más extraños de la Astronomía moderna. En dicho año el astrónomo Ernst Opik, basándose en los datos recopilados por los astrónomos Vesto Slipher, en 1912, y Francis Pease, en 1917, calcula que la galaxia de Andrómeda (M31), la 4ta galaxia más cercana a la Vía Láctea, debía tener más masa que aquella que puede ser detectada visualmente.

Sin embargo, ya que Opik no tenía ninguna referencia acerca del problema que se asomaba, concluyó que existía un error en los datos recopilados, como por ejemplo, el valor de la distancia medida a la M31... Luego, en 1932, el astrónomo Jan Oort, quién en 1951 postularía la existencia de una "nube" de cometas que rodea al Sistema Solar, encontró que en las vecindades de nuestro Sistema Solar debería haber 2 veces más masa que aquella detectada visualmente. Al siguiente año, Fritz Zwicky, realizando investigaciones sobre las velocidades de los miembros que conforman el cúmulo de galaxias en la Constelación de Coma Berenices (situado aproximadamente en el centro de la región que encierran las constelaciones de Leo, Bootes, Osa Mayor y Virgo), encuentra que debe existir 1000 veces más masa que aquella detectada en el rango visible.

Hoy en día, con tecnología más avanzada se ha disminuido muchos errores de medición y se cree que el Cúmulo de Coma (como suele llamarse) debe poseer 100 veces más masa. Mediciones realizadas en la actualidad sobre el Grupo Local de Galaxias [GLG] (agrupación de galaxias próximas a la nuestra), conduce a la conclusión de que debe existir entre 10 y 20 veces más masa, en dicho cúmulo, de lo que se ha detectado por medios visuales. Qué es lo que está pasando ? Es posible que esto se deba a algún tipo de error sistemático tan sutil que nadie ha detectado ? Acaso los astrónomos estarán basándose en hipótesis equivocadas ? Aún no se sabe ! Recientemente, en enero 1997, un grupo de brasileños calculó cuánta masa debería tener la Vía Láctea basándose en un modelo diferente de los que se habían estado usando hasta la fecha.

Su resultado fue que la masa visible concordaba de manera satisfactoria con la masa que en teoría supuestamente debe tener nuestra galaxia y, por lo tanto, la MOs en nuestra galaxia no existe !!! Los modelos anteriores sobre la dinámica de las galaxias asumían que la distribución de masa en las galaxias espirales es aproximadamente uniforme, en el sentido de que éstas poseen una mayor densidad de materia en el centro, la cual disminuye progresivamente a medida que uno se aleja del núcleo. El equipo brasileño agregó nuevas condiciones a dichos modelos: dividieron a la materia de la galaxia en diferentes capas con distintas densidades y diferentes movimientos de rotación alrededor del núcleo galáctico.

Gracias a estas nuevas suposiciones el problema de la MOs en la Vía Láctea desaparecía !!! Sin embargo, el modelo del grupo brasileño sólo puede ser aplicado a galaxias espirales. Otras mediciones realizadas en el GLG, sobre ciertas galaxias irregulares llamadas enanas esferoidales, arrojan resultados que no pueden ser explicados utilizando el modelo brasileño. Estas galaxias son tan pequeñas que su densidad no puede acomodarse en capas y, sin embargo, se ha detectado que poseen un núcleo de MOs con una masa 10 veces mayor que la de la MOs que debería existir en nuestra galaxia, si no tomamos en cuenta el trabajo brasileño. Además, el modelo anterior no es aplicable tampoco al estudio de cúmulos galácticos como el Coma Berenices y el de Virgo. Existe alguna base teórica que prediga la existencia de la MOs ? Asombrosamente la respuesta es: SI !!! En 1979 y en 1981, los Físicos Teóricos Andrei Linde y Alan Guth, respectivamente, independientemente uno del otro, proponen un nuevo modelo que mejora, en cierto sentido, al modelo del Big Bang.

El modelo es llamado "Modelo Inflacionario" y entre sus muchas predicciones existe una que plantea que la cantidad de materia del Universo debe ser aproximadamente igual a un valor que los cosmólogos denominan valor crítico, el cual según algunos cálculos actuales podría ser de 5 protones por centímetro cúbico (estrictamente hablando uno puede usar un equivalente, en masa, de cualquier otra partícula, por ejemplo, en lugar de 5 protones por centímetro cúbico podría ser 5000 electrones por centímetro cúbico, ya que el electrón es 1000 veces menos "pesado" que el protón ; se escoge al protón sólo como una unidad patrón de medida). Mediciones actuales arrojan un resultado que es 10 veces menor que el valor crítico, o sea, 0.5 protones por centímetro cúbico ó 5 protones por cada 10 centímetros cúbicos. Algunos argumentos radicales afirman que al tomar en cuenta condiciones más estrictas se obtendría un valor de hasta 100 veces menor que el valor crítico, o sea, 5 protones por cada 100 centímetros cúbicos.

El lector puede fácilmente darse cuenta que al restar 0.5 de 5 obtenemos que la masa de 4.5 protones/cm^3 (90% de 5) debería ser MOs o si restamos 0.05 de 5 obtenemos que podría ser que la masa de 4.95 protones/cm^3 (el 99% de 5) fuese MOs !!. Esto quiere decir que si el modelo inflacionario es correcto entonces entre el 90 y el 99% de la masa del Universo debe ser de algún tipo desconocido hasta ahora, que no emite luz y que interactúa con su entorno sólo gravitacionalmente ! Existe otra teoría tan fascinante como el modelo de Andrei-Guth: la Teoría de las SuperCuerdas, publicada en 1984 por John Schwarz y Michael Green. Parece ser que esta teoría, calificada como la "teoría del todo" (exageración que promulgan muchos de sus seguidores), logra unificar las 4 fuerzas fundamentales que rigen la dinámica del Universo (o por lo menos eso es lo que creen la mayoría de los Físicos !): la gravedad (cotidiana), la fuerza electromagnética (cotidiana), la fuerza "débil" (que regula la radioactividad) y la fuerza, o mejor dicho, la interacción fuerte (que controla al núcleo atómico). Este era el gran sueño de Einstein, lograr la tan anhela y buscada "teoría unificada".

Sin embargo, aún es muy temprano para afirmar de manera categórica de que ésta es LA teoría. Haciendo un lado esto, las Supercuerdas predicen la existencia de varias partículas con algunas de las propiedades que se le atribuyen a la MOs !!! Acaso esto quiere decir que ya se ha encontrado la confirmación experimental de tales teorías ? Los datos recopilados a través de todos estos años no son lo suficientemente convincentes como para responder afirmativamente. Los científicos están actualmente divididos en 2 corrientes: aquellos que piensan que la MOs está compuesta por partículas extrañas, tales como el neutrino, el axión, partículas supersimétricas (predichas por otro tipos de teorías llamadas Teorías SuperSimétricas), partículas predichas por las SuperCuerdas, etc. ; y aquellos que creen que no es necesario invocar "cosas raras" para aclarar la naturaleza de la MOs, sino que es suficiente considerar la materia "normal", la cual es denominada colectivamente como los MACHOS (Massive Compact Halo Objects), que vendrían siendo objetos compactos muy masivos tales como enanas blancas ó marrones, hoyos negros, estrellas neutrónicas, sistemas planetarios, asteroides, etc., los cuales estarían distribuídos en las galaxias y en el espacio intergaláctico. A pesar de la cantidad de años que se han invertido en investigaciones sobre el tema aún está muy lejos el día en que se logre descifrar la naturaleza de la denominada Materia Oscura !!