NUEVA EDICIÓN 2010-2014
MATERIA OSCURA EN EL UNIVERSO
MENÚ DE NOTICIAS DE ASTROFÍSICA
LA MATERIA OSCURA:
Para explicar algunos fenómenos que se observan en el Universo, astrónomos y físicos teóricos han propuesto la existencia en el Universo de una forma de materia invisible, llamada materia oscura – MO, formada por un tipo de partículas diferentes a las que forman el mundo a nuestro alrededor y que no interactúa con la materia bariónica que conocemos.
Componentes de la materia del Universo:
- Materia Bariónica Caliente o Materia Ordinaria.
- Materia Visible, estrellas, planetas y gases calientes: 0,4 por ciento.
- Materia No Luminosa, agujeros negros y gas intergaláctico: 3,6 por ciento.
- Materia Oscura Fría, de características desconocidas: 23 por ciento.
- Energía Oscura de origen desconocido: 73 por ciento.
Imagen:
Contenido del Universo, arriba: actualmente y abajo hace 13,7 mil millones de años. Crádito WMAP, NASA.
Noticias sobra la materia oscura.
PRIMER MAPA 3D DE LA MATERIA OSCURA (8 Enero 2007)
TELESCOPIO ESPACIAL OBSERVA MATERIA OSCURA (22 Agosto, 2006)
Científicos esperan encontrar respuestas al papel que juegan la ‘materia oscura’ y la ‘energía oscura’.
(28 de Enero 2013) La NASA ha anunciado oficialmente su participación en la misión Euclides de la ESA, un telescopio espacial diseñado para investigar la misteriosa naturaleza de la materia y la energía oscura.
Imagen: Observatorio Euclides. Imagen: ESA.
Los dos instrumentos científicos de este telescopio espacial de 1.2 metros de diámetro, que será puesto en órbita en el año 2020, cartografiarán la forma, el brillo y la distribución tridimensional de dos mil millones de galaxias, cubriendo más de un tercio del firmamento y remontándose hasta el primer cuarto de la historia del Universo.
Los científicos esperan encontrar respuestas a una cuestión clave para comprender la evolución y el destino del Universo: el papel que juegan la ‘materia oscura’ y la ‘energía oscura’.
La materia oscura es invisible, pero su atracción gravitatoria está frenando la expansión del Universo. La energía oscura, sin embargo, parece estar acelerándola.
Se piensa que estos dos oscuros componentes constituyen más del 95% de la masa y de la energía total del Universo, mientras que la masa y la energía ‘convencionales’ tan sólo aportarían el pequeño porcentaje restante. Pero qué son en realidad continúa siendo todo un misterio.
La NASA ha firmado un Memorando de Entendimiento con la ESA en el que se describe su participación en la misión. La agencia estadounidense aportará 20 detectores para el instrumento en la banda del infrarrojo cercano, que operará en paralelo con una cámara en la banda de la luz visible. Los instrumentos, el telescopio y el satélite se construirán y operarán desde Europa.
La NASA también ha nominado a 40 científicos estadounidenses para formar parte del Consorcio Euclides, que desarrollará los instrumentos y analizará los datos que genere la misión. Actualmente este consorcio engloba a más de 1000 científicos de 13 países europeos y de los Estados Unidos.
“La misión Euclides de la ESA está diseñada para responder a una de las cuestiones fundamentales de la cosmología moderna, y apreciamos que la NASA colabore en este proyecto, el más reciente de una larga historia de colaboración entre nuestras dos agencias en materia de ciencia espacial”, comenta Álvaro Giménez Cañete, Director de Ciencia y Exploración Robótica de la ESA.
“La NASA está muy orgullosa de poder contribuir a la misión de la ESA para comprender lo que quizás sea el mayor misterio científico de nuestros tiempos”, declara John Grunsfeld, administrador asociado del Directorado de Misiones Científicas de la NASA.
Euclides ha sido diseñada para encontrar respuestas a una de las cuestiones más importantes de la cosmología moderna: ¿por qué la expansión del Universo continúa acelerándose, en lugar de frenarse bajo la atracción gravitatoria de toda la materia que contiene?
El descubrimiento de esta aceleración cósmica en 1998 fue reconocido con el Premio Nobel de Física en el año 2011, aunque todavía se desconoce qué la produce.
El término ‘energía oscura’ se utiliza con frecuencia para designar a la misteriosa fuerza que produce esta aceleración. Gracias a Euclides, los astrónomos podrán estudiar sus efectos sobre galaxias y cúmulos de galaxias a lo largo y ancho del Universo, lo que les permitirá comprender mejor sus efectos y su verdadera naturaleza.
“La firma oficial del Memorando es un paso positivo para la misión Euclides; ya estamos deseando recibir a nuestros compañeros estadounidenses en el equipo”, comenta René Laureijs, científico del proyecto Euclides para la ESA.
Utilizando rayos X, estudiante Amelia Fraser-McKelvie encontró la materia perdida en inmensos filamentos de baja densidad y muy altas temperaturas.
(14 Junio, 2011 Astro PUC) Amelia Fraser-McKelvie de la Universidad de Monash en Melbourne (Australia), localizó parte de la masa que faltaba en el Universo. Se trata de materia ordinaria -no de materia oscura ni energía oscura- que estuvo presente tras el Big Bang pero de la que hasta ahora los astrónomos le habían perdido la pista.
Imagen: En la foto parte del equipo que hizo el descubrimiento desde Australia, de izquierda a derecha, Dra. Jasmina Lazendic-Galloway, Amelia Fraser-McKelvie y el Dr. Kevin Pimbblet.
La estudiante de ciencias e ingeniería del espacio, Amelia Fraser-McKelvie (22), hizo el descubrimiento durante una práctica estival de seis semanas. Utilizando información en rayos X, obtenidos por el satélite ROSAT, Fraser-McKelvie encontró la materia perdida en filamentos o inmensas estructuras estelares de baja densidad y muy altas temperaturas.
El hallazgo daría respuesta a la incógnita sobre qué pasó con casi la mitad de la materia ordinaria del universo cercano la que, según la teoría, debería ser el doble de lo que se había observado hasta ahora.
Los astrofísicos habían predicho además que la masa perdida debía ser de baja densidad y de alta temperatura -- aproximadamente un millón de grados. Lo que significaba que, en teoría, esta materia debía de ser observable en las longitudes de onda de los rayos X.
El momento 'Eureka' de Ms Fraser-McKelvie llegó cuando su tutor el Dr Lazendic-Galloway examinó más detenidamente la información que había recogido.
"Utilizando sus avanzados conocimientos en el campo de la astronomía en rayos X, Jasmina reanalizó nuestros resultados encontrando que de hecho habíamos detectado los filamentos, donde previamente pensábamos que no."
Desconocido:
En la última misión del Trasbordador Espacial Endeavour se embarcará el instrumento AMS-02 destinado a explorar los lejanos y desconocidos confines del Universo en busca de la materia oscura.
(27 Abril, 2011 ESA - CA) En la próxima y última misión del Trasbordador Espacial Endeavour se embarcará el instrumento AMS-02 destinado a explorar los lejanos y desconocidos confines del Universo, donde espera encontrar respuestas a algunas de las cuestiones más antiguas de la física de partículas y de la cosmología y quizás también descubrir algún fenómeno inesperado.
Imagen: Mapa tridimensional de la evolución de la materia oscura en el universo. El mapa revela cómo una red de filamentos dispersos colapsa gradualmente bajo el implacable tirón de la gravedad volviéndose más grumoso con el tiempo. Creditos: NASA, ESA y R. Massey (California Institute of Technology)
“Nunca antes en la historia de la ciencia habíamos sido tan conscientes de nuestra ignorancia: sabemos que no sabemos nada sobre qué constituye el 95% del Universo”. - Profesor Roberto Battiston, Portavoz Adjunto del programa AMS-02.
Capturando rayos cósmicos
Durante las últimas décadas se han realizado varios descubrimientos fundamentales en el campo de la astrofísica, tales como los púlsares, la radiación de fondo en microondas o las explosiones de rayos gamma.
Sin embargo, los rayos cósmicos chocan contra un muro delgado a la vez que impenetrable – la atmósfera terrestre - que absorbe y altera las partículas cargadas, haciendo imposible su estudio preciso desde tierra. Por otra pare, para determinar su carga eléctrica es necesario analizar qué trayectorias seguirían en el seno de un campo magnético. Ahora, con un detector magnético en órbita, los astrónomos y los físicos de partículas aguardan impacientes los primeros resultados.
El Espectrómetro Magnético Alfa (AMS) estudiará los rayos cósmicos de alta energía, lo que ayudará a los científicos a comprender porqué predomina la materia sobre la antimateria en el Universo visible. El AMS buscará restos de antimateria en las fronteras del Universo observable.
La materia convencional visible, como la que forma las estrellas, los planetas y las galaxias, constituye menos del 5% de la masa del Universo. Las teorías actuales y las observaciones indirectas sugieren que el 95% restante es ‘materia oscura’ y ‘energía oscura’, aunque se sabe muy poco sobre estos dos conceptos.
Materia oscura
Las teorías actuales sugieren que el 23% de la masa del Universo es materia oscura. Nunca se ha podido detectar con métodos directos, pero se pueden apreciar sus efectos en las perturbaciones gravitatorias que causa sobre otros objetos. Su origen y estructura continúan siendo un misterio. La materia oscura podría estar constituida por ‘neutralinos’, una hipotética partícula elemental que, si existe, podrá ser detectada indirectamente gracias al AMS-02.
El experimento del profesor Ting permite buscar estas partículas con una sensibilidad entre mil y un millón de veces superior a la de cualquier otro instrumento, lo que abre las puertas de un mundo completamente desconocido en el que podría ser posible detectar el esquivo neutralino, u otras partículas elementales cuya existencia ni siquiera se sospecha. El AMS-02 también podría ayudar a detectar una extraña forma de materia predicha por los científicos: una partícula elemental muy pesada conocida como ‘strangelet’.
Energía oscura
La hipotética energía oscura, cuya fuerza gravitatoria de repulsión sería la responsable de la expansión acelerada del Universo, es todavía más misteriosa. Aunque el AMS-02 no está diseñado para estudiarla, sus observaciones permitirán comprender mejor la composición del Universo, por lo que se espera que también puedan arrojar algo de luz sobre este enigma.
Si el AMS-02 logra detectar núcleos de antimateria, revolucionará los modelos actuales del Universo. Al comienzo del tiempo y del espacio, existía un equilibro entre la cantidad de materia y de antimateria que había en el Universo. Sin embargo, el cosmos, tal y como lo conocemos hoy en día, está formado únicamente por materia; no se sabe porqué no existe antimateria, anti-estrellas o anti-galaxias.
Insólito:
Utilizando el Telescopio Espacial Hubble, un grupo de astrónomos ha descubierto un fantasmal anillo de materia oscura formado hace miles de millones de años en un titánico choque entre dos masivos cúmulos de galaxias.
(16 Mayo, 2007 NASA - CA) El descubrimiento de este anillo está entre las evidencia más potentes encontradas
hasta la fecha de la existencia de la materia oscura (MO). Los astrónomos han sospechado desde hace mucho
tiempo de la existencia de una sustancia invisible, que sería la fuente de la gravedad adicional necesaria
para mantener los cúmulos de galaxias unidos. Sin ella éstos se habrían dispersado hace mucho, pues la
gravedad de las estrellas visibles no permite explicar las grandes velocidades que alcanzan las galaxias
dentro de estas agrupaciones.
Arriba: Imagen compuesta del Telescopio Espacial Hubble que muestra el fantasmal anillo de materia oscura en el cúmulo galáctico CI 0024+17. La estructura con forma de anillo es evidente en el mapa azul de la distribución de la materia oscura del anillo. El mapa fue sobrepuesto sobre la imagen del Hubble del cúmulo. Crédito: NASA, ESA, M.J. Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins).
Abajo: Imagen del Telescopio Espacial Hubble del cúmulo galáctico CI 0024+17.
Los cúmulos galácticos son las mayores agrupaciones de masa conocidas en el Universo y están formadas por cientos o miles de galaxias agrupadas alrededor de grandes galaxias elípticas.
Aunque los astrónomos no tienen la certeza de qué está hecha la materia oscura, sospechan que se trata de algún tipo de partículas elementales que llena el Universo y que no interactúa con la materia que forma nuestro mundo.
"Es la primera vez que hemos detectado materia oscura con una estructura distinta a la del gas caliente y las galaxias del conjunto", dijo el astrónomo Myungkook James Jee, de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, que dirigió el equipo que realizó el descubrimiento. "De esta forma es posible estudiar cómo se comporta la MO lejos de la materia ordinaria", afirmó Jee.
Los investigadores detectaron el anillo casualmente, mientras realizaban un mapa de la distribución de MO dentro del cúmulo CI0024+17 (ZwCI0024+1652), ubicado a 5 mil millones de años luz de distancia. El anillo, mide 2,6 millones de años luz de extensión. A pesar que los científicos no pueden ver la MO pueden inferir su existencia dentro del cúmulo observando como su gravedad curva la luz de galaxias más lejanas ubicadas tras el cúmulo estudiado.
El mapa se obtiene de las observaciones del Hubble de la forma como la gravedad generada por la materia oscura y corriente del cúmulo Cl 0024+17 distorsiona la luz de galaxias más distantes, generada por un fenómeno óptico llamado 'lentes gravitacionales'. A pesar que los astrónomos no pueden ver la MO, pueden inferir su existencia realizando un mapa de las imágenes distorsionadas de las galaxias de fondo. El mapa mostraría cómo se distribuye la MO en el cúmulo.
Cuando realizaban el análisis de la MO, detectaron una onda en la misteriosa sustancia, como las ondas que se forman en una poza luego de arrojar una piedra, el anillo oscuro en el mapa es la zona donde la cantidad de MO es menor.
“Estaba molesto cuando ví el anillo porque pensé que se trataba de un artefacto, un error en la reducción de los datos”, explicó Jee. "No podía creer mis resultados, cuanto más intentaban quitar el anillo, más sobresalía. Me tomó más de un año convencerme que el anillo era real. He observado varios cúmulos y nunca he visto nada como esto”.
Debido al hecho de que tanta materia oscura reside en el anillo, dijeron los astrónomos, esto curva la luz a su alrededor para crear el efecto de onda, la tarjeta de visita de la materia oscura. Los hallazgos completos serán detallados en un próximo número de Astrophysical Journal.
Encuentros en el Cosmos
Buscando una explicación, Jee encontró trabajos previos que sugieren que el cúmulo ha chocado con otro entre 1 y 2 mil millones de años atrás, ya que se observan dos agrupaciones diferentes de galaxias. Este encuentro, ocurrió fortuitamente en el mismo sentido en el que lo vemos desde la Tierra y desde esta perspectiva la MO aparece como un anillo.
Simulaciones en computador de choques o encuentros de cúmulos de galaxias, realizados por el equipo, muestran que cuando dos cúmulos se precipitan el uno contra el otro, la MO cae hacia el centro de la combinación de ambos cúmulos para luego rebotar hacia afuera. A medida que la MO se mueve hacia afuera comienza a frenarse por acción de la gravedad y se amontona, como vehículos en un atochamiento carretero.
Como los cúmulos son agrupaciones de cientos o miles de galaxias dispersas en una gran cantidad de espacio, no se puede pensar en un choque como el de dos objetos sólidos, resultaría mejor hablar de un encuentro o cruce de cúmulos. Durante este extraordinario evento, que afecta a dos de las mayores agrupaciones de masa del Universo, las galaxias son afectadas por la gravedad del otro cúmulo, algunas llegan a interactuar entre ellas y deformarse, otras pueden llegar a unirse o dispersarse.
Richard White, un astrónomo del Instituto de Ciencia del Telescopio Espacial en Maryland, dijo que inicialmente él también se mostró escéptico sobre el anillo de materia oscura. “Pero también aparece en otros datos de la cámara del Hubble”, dijo. “No es tan claro, pero aún está ahí. Ahora discutimos si el anillo ha sido visto en dos ocasiones”.
Las observaciones de Jee se realizaron poco antes de que se descompusiera la cámara de Hubble.
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