El universo invisible

Más del 90% del universo está fuera del alcance de nuestros ojos y de lo que nuestros detectores más sensibles pueden revelar.

Texto de 22/11/17

Más del 90% del universo está fuera del alcance de nuestros ojos y de lo que nuestros detectores más sensibles pueden revelar.

Desde hace mucho tiempo, el inventario que hacemos de la materia en el universo sólo da cuenta del 5%. Al restante 95% que no vemos, para llamarlo de algún modo, se le ha nombrado materia oscura y energía oscura. Lo peor de todo esto es que de las componentes mayoritarias del universo no sabemos gran cosa. La materia y energía oscuras son un misterio.

Desde hace tiempo, el movimiento de las galaxias que se agrupan en cúmulos no concuerda con la cantidad de materia que vemos y la ley de gravedad que conocemos. Tampoco el material que conforma a las galaxias en forma individual se mueve como esperamos que lo haga. Hace falta materia con masa para que las velocidades de los objetos sean congruentes con nuestra teoría física de la gravedad.

Las estrellas, los planetas, el gas intergaláctico y el polvo disperso no son suficientes para explicar por qué los objetos en el cielo se mueven como lo hacen.

La única opción explicativa es que existe materia capaz de interaccionar de manera gravitacional —como para afectar el movimiento de los objetos celestes—, pero no eléctrica ni magnéticamente. Al no interaccionar con carga electromagnética, la luz cruza esta enigmática sustancia sin percibirla, y esto la hace invisible a nuestros instrumentos sin que por eso deje de modificar el movimiento galáctico.

En vano se busca en el acelerador Gran Colisionador de Hadrones de la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN, por sus siglas en francés) la existencia de partículas exóticas con las propiedades necesarias para dar cuenta de la materia oscura. La búsqueda aún no termina, pero, a más de ocho años de que esta portentosa máquina entrara en funcionamiento, no tenemos todavía resultados que nos ayuden a completar la relación de masas en el universo.

Por si todo esto fuera poco, en el 5% de materia convencional que figura en nuestro registro de lo que está presente tenemos un serio interrogante, el llamado “problema de bariones perdidos”. Es decir que incluso en lo que conocemos hace falta material. ¡O quizá ya no! El problema parece haber sido resuelto en días pasados. Dos grupos de investigadores anunciaron en octubre que “El problema de los bariones perdidos ha dejado de ser problema”.

Barión es el nombre que reciben las partículas que están hechas de tres quarks. Es una palabra griega que significa ‘pesado’ y sirve para distinguir a las partículas que contienen tres de los mesones que están formados por sólo dos quarks. Como ya se imaginará el lector, la palabra mesón también viene del griego y significa ‘medio’. Existe además el leptón que, siguiendo la secuencia nominativa, significa ‘ligero’ en griego. El electrón es un leptón y pesa mil 800 veces menos que el protón, que es un barión.

Los bariones y los mesones son llamados hadrones de manera genérica. La terminología técnica enriquece el vocabulario y nos ayuda a precisar la comunicación, pero en ocasiones le da un aire sofisticado a la materia de estudio, aunque sólo describe lo que todos conocemos. Los bariones más familiares son los protones y neutrones que se encuentran en el núcleo de los átomos.

Los bariones son parte del mundo que vemos, son materia visible convencional. Es un componente de lo que es ordinario en el universo y no materia oscura, de la que poco sabemos.

Cuando el universo se originó con la Gran Explosión, la materia primordial estaba hecha de quarks. Con el tiempo, la sopa caliente de quarks se enfrió, y éstos se aglomeraron formando bariones. Así se generaron los protones y neutrones que acabarían formando los elementos químicos ligeros como el hidrógeno, el helio y el litio.

Tenemos una buena medida de la cantidad de cada uno de ellos en el universo. Sabemos cuánto hidrógeno, helio y litio hay, y con eso tenemos una buena estimación de la abundancia de bariones. Sin embargo, la cantidad de elementos químicos que se mide ahora no parece dar el número de bariones que necesitamos para que el universo sea como es; hacen falta bariones para que éste tenga las características que vemos.

En el universo temprano, es decir, en las regiones más distantes, se han encontrado los átomos producidos en la Gran Explosión. No obstante, en el universo tardío, o dicho de otra manera, en el presente, sólo vemos la mitad de los bariones.

Por mucho tiempo la pregunta ha sido: ¿Dónde están los bariones faltantes?

Dos grupos de investigadores acaban de anunciar que había algunos bariones escondidos y, al reconsiderar las cuentas, han encontrado la solución al problema de éstos.

La revista New Scientist dio noticia de la reciente observación indirecta de materia normal que está formando hilos entre las galaxias. Según el estudio, estos hilos están hechos de materia convencional, como la que forja a los objetos comunes a partir de protones y neutrones. El material que no estaba en nuestras cuentas parece acumularse en filamentos de gas caliente.

Estos aglomerados de gas son tenues y no tienen la temperatura suficiente para emitir rayos X que pudieran ser vistos por telescopios sensibles. Se calcula que su temperatura es de entre 100 mil y un millón de grados Celsius, muy fría para la emisión de radiación detectable, pero no tanto como para producir manchas oscuras por la absorción de luz que llega hasta ellas.

No tenemos los instrumentos para ver estos grumos de materia filamentosa. La manera como ha sido observada es analizando la radiación cósmica de fondo, esa luz que fue liberada cuando el universo apenas cumplía sus primeros 380 mil años. La radiación cósmica de fondo es una luz muy antigua y es conocida desde 1965, cuando se detectó por primera vez con antenas muy sensibles. Sin embargo, fue en los años noventa cuando se midió por primera vez en todas las direcciones del cielo. Lo que se pudo constatar ahora es que esta luz primitiva se dispersa en las nubes de gas generando manchas oscuras en la distribución de la radiación.

Desde que la radiación cósmica de fondo fue observada por primera vez en el cielo entero con el satélite cobe, en 1992, se han obtenido mejores mediciones con nuevos satélites y equipos mejorados. En el 2015 el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea generó un nuevo mapa como el obtenido antes por cobe, pero en esta ocasión la precisión obtenida fue aún mayor. Con el uso de los datos de esta misión espacial se puede advertir la presencia de manchas borrosas que produce la materia intergaláctica. Éstas son muy sutiles para ser vistas en el mapa completo, pero dos equipos de científicos han buscado pares de galaxias para ver lo que existe entre ellas. Ambos grupos de investigadores superpusieron las de muchos pares de galaxias para aumentar el efecto de lo que pueda estar ahí. Uno de los grupos usó 260 mil pares de galaxias; el otro estudió a más de un millón de ellas. Los dos equipos encontraron evidencia de filamentos que se extienden entre ambas, y aunque encuentran diferentes densidades para esta acumulación de materia, los resultados tienen sentido. Uno detecta una densidad tres veces mayor a la densidad de la materia normal, y el otro tiene seis veces mayor densidad. No obstante, esta diferencia es esperada porque los grupos de galaxias usados en el estudio están a diferente distancia.

El estudio no resuelve el problema de la materia faltante en el universo, sólo resuelve el problema de lo que sí vemos pero no encontrábamos. De cierta manera, la solución al problema de los bariones faltantes viene a corroborar la necesidad de materia oscura porque sin ella no sería posible mantener a la materia convencional extra, ahora presente en los hilos intergalácticos, para que se mantenga en el lugar que se encuentra.

¿Qué es la materia oscura? Es probable que la misteriosa materia oscura esté formada por objetos exóticos, partículas desconocidas, agujeros negros imprevistos o estrellas oscuras. Aún no lo sabemos. Se encontró lo que hacía falta de la materia convencional, pero seguimos buscando a la materia oscura.

La solución al problema de los bariones perdidos no es la solución al problema muy serio de vivir en un universo invisible. Como diría el sabio judío Maimónides que vivió en la España del siglo XII: “No imagines que estos absurdos problemas pueden ser entendidos por alguno de nosotros; antes bien, sólo de vez en cuando brilla la verdad tan clara como la luz del día, y entonces, nuestra naturaleza y nuestro hábito corren un velo sobre lo que percibimos, y volvemos a una oscuridad casi tan densa como al principio”.  EP

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