¿Problema para el modelo de materia oscura?
Un polémico estudia basado en el movimiento de estrellas relativamente cercanas apunta a que la materia oscura no está presente en nuestra galaxia.
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El problema de la materia oscura parece que sólo da quebraderos de cabeza. Cuando parece que las piezas pueden encajar, finalmente hay alguna que no lo hace.
La materia oscura es un componente principal de la Cosmología y Astrofísica. En el primer caso los modelos cosmológicos de evolución galáctica están basados en esta materia oscura que no emite ni bloquea luz. Como se supone que constituye el 85% de la materia total los modelos se basan en esta materia y su agregación produce grumos sobre los que se acumula la materia ordinaria que finalmente dan lugar a las galaxias. Digamos que la materia oscura sirve de andamiaje a la materia ordinaria para que forme galaxias y estrellas. El modelo estándar cosmológico que usa esta idea es capaz de reproducir en simulaciones computacionales el tipo de estructura a gran escala del Universo que vemos.
Toda galaxia parece tener un halo de materia oscura que es invisible a nuestros instrumentos, pero que se puede inferir mediante ciertas mediciones. La manera tradicional de inferir la presencia de materia oscura es ver su efecto gravitatorio. Las galaxias espirales giran sobre si mismas. Las estrellas que las componen orbitan alrededor del centro galáctico con una velocidad que depende de la distancia. Esto se puede medir fácilmente y se comprueba que la velocidad de giro no se corresponde con la que habría si sólo existiera la materia que se ve, pero si se correspondería si además hubiese una materia que no vemos.
Otra manera de inferir la presencia de materia oscura es observar fenómenos de lente gravitatoria en cúmulos galácticos lejanos. Esto también permite inferir una masa mayor que la masa correspondiente a la materia que se ve.
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Lo malo de la materia oscura es que todavía no se han encontrado pruebas directas irrefutables que indiquen la existencia de las partículas que la componen.
Bajo esta situación es cuando sale un trabajo de astrofísicos del ESO. Han estudiado el movimiento de 400 estrellas situadas hasta a una distancia de 13.000 años luz de nosotros por encima del plano galáctico y en un cono de 15 grados. Esto les ha permitido calcular las influencias a gravitatorias a las que están sometidas. Es un volumen cuatro veces mayor que el estudiado hasta el momento en este tipo de investigación.
El estudio les ha posibilitado inferir la presencia de materia oscura, pues lo modelos predicen que debe haber materia oscura en esta zona de la Vía Láctea. Para hacernos una idea de la distancia mencionemos que estamos a 27.000 años luz del centro galáctico.
En este estudio se considera a las estrellas estudiadas como si fueran “átomos” atrapados en el pozo gravitatorio de la galaxia. Midiendo sus velocidades en las tres dimensiones del espacio se puede deducir la forma pozo y la cantidad de masa, tanto ordinaria como oscura. Restando la masa que vemos nos quedaría la oscura.
Pues bien, resulta que no han encontrado pruebas de la existencia de dicha materia oscura. No es que no se sepa de qué está hecha, es que no parece que exista, al menos en esa parte de la galaxia y según este estudio. No es fácil explicar la presencia de dicha materia en todas esas partes antes mencionadas y no en nuestra galaxia.
La masa que infieren del movimiento de estas estrellas se puede explicar con la presencia de la materia ordinaria que vemos.
Pero los modelos de formación y rotación galáctica indican que nuestra galaxia debe tener un halo de materia oscura. Incluso se puede predecir la forma de dicho halo y predicen que debe haber dicha materia en la región en la que se encuentra el Sistema Solar. Sólo formas del halo muy improbables podrían explicar la ausencia de materia oscura en nuestro vecindario. Una posibilidad es que la materia oscura de nuestra galaxia forme un halo en forma de cigarro puro que atraviese su centro y no sea una esfera que la envuelva.
Pero a pesar de este resultado, la Vía Láctea gira más rápido de lo que lo haría si no hubiese materia oscura (como las demás galaxias espirales). De hecho, basta que se considere solamente el movimiento del Sol alrededor del centro galáctico para comprobar este punto. Así que hay que buscar una solución a por qué no se detecta materia oscura en este estudio.
La futura misión Gaia de la ESA permitirá tomar más medidas y asegurarse sobre este punto.
Algunos científicos dudan de la fiabilidad del método empleado por estos investigadores, pero si se confirma sería un grave problema para el modelo de materia oscura.
Estrictamente, el resultado no niega la existencia de materia oscura, sino que niega su presencia en nuestro vecindario galáctico.
Una posible explicación es que la materia oscura no esté compuesta por partículas “frías” que se muevan lentamente, sino por partículas calientes ligeras de “movimiento” rápido que formarían un halo más grande y uniforme. Pero este tipo de materia oscura entra en contradicción con los modelos cosmológicos estándar.
Otra explicación (como sugiere Pavel Kroupa de la Universidad de Bonn) es que la materia oscura formara grumos bajo la influencia de su propia gravedad al poco de darse el Big Bang y que éstos crecieran dentro de los halos galácticos.
Quizás simplemente se sobreestime la cantidad de materia ordinaria o quizás se nos escapa algo importante sobre el Universo que todavía no comprendemos.
Muchos expertos creen que la materia oscura está ahí y que futuros análisis cuidadosos refutarán este último estudio. La polémica está servida. Los críticos apuntan a que para poder llegar a este resultado se asumen ciertas hipótesis que no tienen que cumplirse necesariamente y modelos cuyo régimen de aplicabilidad no es el adecuado.
Así por ejemplo, una de las ecuaciones usadas asume varias hipótesis razonables para la materia oscura como que esté en un estado estacionario, que la curva de rotación galáctica es plana, que la densidad de materia oscura decae exponencialmente… Al final resulta que el modelo teórico asume que en la región observada la materia oscura tiene forma esférica con densidad constante. Todo esto es razonable para la materia oscura del halo, pero no necesariamente para una región tan pequeña cerca del disco galáctico en las cercanías del Sol. En otras galaxias se ha podido inferir la distribución de materia oscura observándose que está puede estar incluso desacoplada de la materia ordinaria y alejada de una distribución ideal.
Aunque hay otros estudios que apuntan en la misma dirección que este nuevo resultado. Igor Karachentsev ha calculado que hay mucha menos materia oscura de lo que se asume basándose en el campo gravitatorio de una región de 163 millones de años luz de tamaño desde el Sol en cualquier dirección.
Por otro lado, siempre estarán los que proponen abandonar la materia oscura y modificar la ley de la gravedad. Es lo que se denomina teorías MOND. Según estas teorías, la gravedad funcionaría de distinto modo a escalas cosmológicas. Pero son teorías muy inmaduras que no convencen a la inmensa mayoría de los físicos.
En resumen, la materia oscura sigue tan oscura como siempre, tanto en sentido literal como figurado.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3812
Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original I.
Artículo original II.
Artículo original III.
12 Comentarios
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lunes 23 abril, 2012 @ 12:59 pm
Desde mi ignorancia no acabo de entender como es que pretendemos conocer el contenido de materia «normal» del universo y de ahí deducir que debe existir algo llamado «materia oscura» cuando hasta hace casi nada no teníamos ni idea de la existencia de los miles de millones de planetas que alberga nuestra Vía Láctea.
Mi duda por tanto es: ¿cuando se ha estimado la cantidad de materia «normal» de una galaxia, se ha tenido en cuenta los cuerpos galácticos de masa tipo planeta y menores (por ejemplo polvo disperso que no sea visible ni forme parte de las fgrandes nubes de polvo conocidas?.
lunes 23 abril, 2012 @ 1:40 pm
Yo soy estudiante de física y aunque estoy lejos de ser un experto, te comento lo que me han enseñado en astrofísica (espero no equivocarme mucho ya que los apuntes nos los tengo a mano)
Sobre la estimación de la masa de la materia ordinaria se han hecho muchos estudios y muy coherentes, muchas veces se piensa que la mayoría de la materia que podemos detectar son las estrellas, pero la verdad es que no es así. El polvo interestelar y el polvo entre galaxias forman nubes enormes de baja densidad cuya masa es bastante superior a la que se “mide” de las estrellas. Estas nubes son facilmente detectables, ya que emiten o absorben radiación en un rango determinado que observamos con radiotelescopios o en otras frecuencias.
En cuanto a los planetas, con observar simplemente el sistema solar, donde el 99% de la masa está en el sol, se puede deducir facilmente que la masa total de planetas estaría por debajo del 0.1% del total, aunque se descubra que hay 100 veces mas de planetas de lo que pensabamos.
De todas formas, es obvio que algo de todo el modelo actual falla, por lo que nada de lo que sabemos ahora está a salvo de venirse abajo en cualquier momento…
Espero haber ayudado
lunes 23 abril, 2012 @ 8:59 pm
En efecto, parece claro que la necesidad de la materia oscura procede del cálculo de masas de una galaxia, pero resulta que los cazadores de planetas nos dicen que hay muchas más estrellas marrones y estrellas oscuras que brillantes…y casi todas rodeadas de cohortes de planetas… luego los cálculos gravitatorios pueden estar equivocados.
Además, quisiera proponer a los amigos de Neofronteras una observación que siempre me ha fascinado. En los bordes de las galaxias espirales suelen aparecer zonas, más en concreto en el nacimiento de los brazos, allí donde se pierden en el «vacío cósmico», zonas, repito, donde la materia parece surgir de «condensaciones de algo» , al modo como una nube surge de una zona húmeda adyacente en el cielo limpio. Tal parece como si el vacío en esa zona estuviera listo para generar materia ordinaria igual que el vapor atmosférico se condensa en la proximidad de un objeto que produce vacío ( y frío ), por ejemplo en los bordes de ataque de los alerones a gran velocidad o en la frontera con la copa fría . SI existiera esa condensación, como aparenta, el llamado vacío debería contener el germen, se llame oscura o primordial…que solo espera la vecindad del campo galáctico para aparecer como materia ordinaria. O sea, que el vacío, en la vecindad de un campo gravitatorio galáctico, o bajo las condiciones que la galaxia crea, a menudo proporciona, » condensa», materia ordinaria… y sabemos que no es tan vacío como suponíamos ( Efecto Casimir) ? Y «eso» siempre está ahí, con el nombre que queramos darle.
martes 24 abril, 2012 @ 8:58 am
Aunque me sumo al estado de pvl, no creo que sea en los planetas donde haya que buscar la materia que falta. Por muchos que sean los planetas -aceptando como media el único que conocemos lo suficientemente bien- la masa total planetaria no supera el 0’02%. Por otra parte, como las estrellas se forman a partir de esas inmensas nebulosas, debemos suponer que, pese a su levísima densidad, deben acopiar una masa muy importante. Otro componente de peso han de ser los agujeros negros. Además, sin necesidad de nubes, el espacio ocupado por los sistemas solares ha de tener una densidad mayor -me estoy refiriendo al interior de la nube de Oort y sus equivalentes en otras estrellas- que el espacio interestelar y éste, mayor que el intergaláctico. Pero éste es tan inmenso que aun con una distribución de sólo, un protón por metro cúbico la masa total ha de ser inconmensurable.
Pero todo esto es tan sencillo que es seguro que los astrónomos ya lo han tenido en cuenta desde hace mucho tiempo. Así que deberemos seguir a la espera de un pronunciamiento de los expertos.
Saludos.
martes 24 abril, 2012 @ 10:40 am
Hola a todos: mi comentario sobre la materia normal que «no encontramos» iba más que por los planetas por lo que comenta Tomás: si hasta ahora no podíamos detectar masas planetarias, ¿como podemos descartar que haya materia normal desperdigada por el espacio, y que de existir, aún con densidades ínfimas, supondría un total acumulado gigantesco debido a la inmensidad del espacio? En cualquier caso muchas gracias a neutrino por sus explicaciones.
miércoles 25 abril, 2012 @ 6:01 pm
Hace aproximadamente un año o un poco más apareció en esta web un estudio de los que quedan seleccionados en mi memoria.Ese estudio hablaba del concepto de masa modificada (MMC,por sus siglas en inglés) y proponia una modificación sobre la masa inercial de tal modo que se podía explicar la inflación y la materia y energía oscuras.Este concepto de masa modificada propone que el efecto que atribuimos a la materia oscura estaría más bien causado por una reducción de la masa inercial(que sería menos energética de lo que se supone, y además andaría por ahi un campo escalar que crearía nuevas fuerzas inerciales siempre de carácter repulsivo, favoreciendo así una disminución de la fuerza inercial).Además el concepto de masa modificada describe consistentemente las curvas de rotación de las galaxias (que hicieron pensar por vez primera en una materia que no veiamos y a la que se denominó «oscura»),y por si fuera poco también, tal concepto,es consistente con la explicación de la inflación exponencial del universo y su actual expansión acelerada…¡Y sin manos!,digo, sin materias ni energías oscurísimas.En fin todo ventajas, de ahí, que mi mente seleccionase y retuviese ese estudio.
Las MOND (Modified Newtonian Mechanics), no parecen tener mucho predicamento entre los físicos, pero este «Concepto de Masa Modificado», sin ser exactamente una MOND, me pareció una buena idea, máxime cuando, al parecer, puede ser incorporado a las teorías físicas más aceptadas de una manera sencilla.No sé si sigue trabajando sobre esta cuestión de masa modificada, pero lo que parece claro es que el asunto de la materia oscura, sigue estando muy oscuro, y con la tecnología actual parece un tanto extraño que no haya ni rastro de lo que pueda ser tal «oscuridad».Y, ahora este nuevo estudio, aunque polémico,da un poco en que pensar; concretamente si no irá por buen camino el «MMC».
miércoles 25 abril, 2012 @ 6:13 pm
Neutrino, ni siquiera está descartado que el Sol pueda tener una compañera invisible hasta hoy que dé al traste con todo el bonito edificio que tenemos montado. No es ninguna posibilidad disparatada en absoluto, al contrario, muchos problemas sobre la precesión terrestre se resolverían si asumimos que parte de ese movimiento no corresponde al bamboleo del eje terrestre, sino a una rotación más amplia del baricentro del sistema solar, lo que querría decir que la tal compañera (que tendría que ser virtualmente invisible, porque para este efecto cabe hablar de una masa muy considerable) nos jodería todos los cálculos en cadena, incluyendo los «seguros» paralajes a las estrellas más próximas.
No es ninguna cosa disparatada, ni exótica. Es más, por pura estadística, lo que sería raro sería que el Sol estuviese solo, existen además órbitas muy extrañas (Sedna, por ejemplo), claramente inestables en el tiempo sin resonancias con objetos de gran masa que «no están ahí». Entiendo que esta posibilidad debería ser descartada de forma sistemática, algo perfectamente factible (por ejemplo, en muchas de las sondas que se enviaron en su día a superficies planetarias o la Luna se las pudo equipar con instrumental para confirmar o refutar esto), etc.etc. Teóricamente el telescopio James Webb podría ver algo de esto si realmente está… si es que llega a lanzarse.
Damos más palos de ciego de lo que parece (en cosmología y astrofísica en general). Es que el universo es muchísimo más grande de lo que cualquiera puede asumir remotamente. Por eso, cuando se busca en serio, se rasca la pintura de verdad, se ve que las bonitas teorías están demasiado en precario.
jueves 26 abril, 2012 @ 7:59 pm
No se ha encontrado todavía una compañera del Sol, ni visible ni invisible. Y la navaja de Occam sigue funcionando hasta ahora.
De todos modos se propuso en su día que cierta materia oscura podría agregarse y formar planetas oscuros bajo la luz oscura de estrellas oscuras (para nosotros pero no para ellos) en galaxias oscuras. Lamentablemente es un tema muy especulativo.
jueves 26 abril, 2012 @ 11:33 pm
Sería irónico que alguna civilización oscura, con su física oscura, nos estuviese buscando porque le falta un 5% de masa para explicar su universo oscuro.
viernes 27 abril, 2012 @ 6:22 pm
Absolutamente gracioso el comentario-chiste de Teaius.Y, por cierto,algo que nos igualaría a esa «civilización oscura», es que nuestra física tiene un grado de oscuridad similar al de esa civilización.
viernes 27 abril, 2012 @ 8:07 pm
No sé si es aplicable la navaja cuando los modelos describen cosas distintas (y mal ambos) xD. Tenemos por un lado que nunca se ha comprobado el modelo de la precesión, que es crítico para la escalera de distancias cósmica (y lo que esto conlleva), cuando sorprendentemente, es tan fácil como mandar en un chisme que se pose en la Luna una cámara y saque fotos de un tipo específico (más o menos). Por otro lado, se empiezan a acumular TNOs de órbitas peculiares, y finalmente el zoo cósmico se desmadra de tal manera que según los últimos modelos, el objeto extraterrestre más próximo a nosotros podría no ser Alfa (ni Próxima) Centauri, sino algún planeta errabundo (o varios). Más que aplicar navajas yo de momento en este plan me declararía abrumado xD.
En cualquier caso, comprobar si la precesión terrestre se debe únicamente al movimiento del eje ídem, y no oculta nada más, es relativamente sencillo y sobre todo barato, teniendo en cuenta los costes que se suelen manejar. Es imperdonable que no se haga. De hacerse, y verificarse que todo es tal y como pensamos que es, la probabilidad de compañera invisible se hunde a porcentajes infinitesimales, y en caso contrario tenemos una bonita noticia xD.
En realidad me sorprende mucho que nadie plantee esto (no digo que se haga, sino que siquiera se plantee). En general, las planificaciones son siempre extremadamente conservadoras (pensemos por ejemplo en la batería de experimentos que llevaban las Viking, hoy nos echamos las manos a la cabeza), lo que no siendo malo per se, sí lo es cuando no admite nada fuera de ese círculo, y siempre estamos a expensas de descubrimientos puramente casuales (casi casi, más bien de que esperamos ver una cosa y resulta que vemos algo totalmente diferente), y eso debería ir cambiando.
martes 1 mayo, 2012 @ 6:23 am
Otro problema sería , en caso de ser cierta la existencia de materia oscura como otro tipo exótico , como los quarks «extraño» y sus cualidades , son los «estados» que podría poseera escalas mayores y si esta regida por las 4 fuerzas fundamentales , pues no dejemos pasar en alto la posibilidad que pueda burlar algunas de ellas y no poder ser descubierta por lo mismo .
Saludos a todos.