Definición
Lo que podemos ver en el cielo a simple vista o con instrumentos ópticos es solo una pequeña fracción de lo que conocemos como universo. ¿Por qué? El resto del universo no emite ningún tipo de luz en ningún espectro que podamos detectar; sin embargo, la presencia de esta materia y energía se detecta por el efecto que tiene sobre otras materias del universo. Cuando la luz de las estrellas atraviesa una región con materia oscura, la luz se distorsiona y se dobla, haciendo que la estrella aparezca en una ubicación diferente en el espacio. Esto se llama lente gravitacional , un efecto generalmente asociado con la materia normal. Los científicos han detectado lentes gravitacionales en regiones donde no hay materia normal, lo que les ha llevado a concluir que la materia oscura está presente. Este material se presenta en dos formas: materia oscura yenergía oscura . La materia oscura y la energía oscura son los grandes misterios científicos de la cosmología , el estudio del origen del universo, entre otras cosas.
En 2008, después de cinco años de recopilar datos del espacio, los científicos desarrollaron una teoría que detalla la composición del universo. Según los datos, casi el 95% del universo es una combinación de materia oscura y energía oscura, con un 68% de energía oscura y un 27% de materia oscura. Solo el 5% del universo es materia normal. La materia normal es bariónica, formada por protones y neutrones. La materia normal también absorbe o emite radiación y, por tanto, puede detectarse. Entonces, ¿por qué la materia oscura es oscura? Se llama oscuro porque no es luminoso.materia: no emite ni absorbe ningún tipo de radiación que seamos capaces de detectar actualmente. Por lo tanto, cualquier tipo de instrumentación tradicional lo vería como un espacio vacío. ¿Qué es la energía oscura? Las teorías actuales especulan que la energía oscura es una propiedad del espacio. El espacio vacío no es simplemente nada, algo que Albert Einstein reconoció primero. Por lo tanto, se piensa en la energía oscura como la energía del espacio vacío.
¿Qué es la materia oscura?
La idea de la materia oscura hizo su entrada cuando los científicos teóricos intentaban crear un modelo de la composición del universo. Hasta 1998, no parecía haber suficiente masa en el universo para encajar con las teorías actuales que sugerían que alrededor del 32% del universo debería estar compuesto de materia. Las teorías más recientes sugieren que el universo está compuesto por un 5% de materia, entonces, ¿qué pasa con el 27% restante? Para solucionar esta discrepancia, los científicos desarrollaron la idea de materia oscura .
Lo que no es la materia oscura
Describir qué es exactamente la materia oscura puede resultar difícil; en realidad, es más fácil explicar lo que no es. Para ejemplificar, la materia está compuesta de bariones , un grupo de partículas que incluye protones y neutrones . Pero la materia oscura no está formada por bariones. ¿Por qué? Los bariones producen nubes bariónicas que absorben la radiación cuando la radiación pasa a través de ellas. Esta absorción sería detectable si la materia oscura estuviera realmente compuesta por bariones. La materia oscura tampoco es antimateria. Si lo fuera, entonces podríamos detectar la radiación gamma emitida cuando la materia y la antimateria se aniquilan entre sí. La materia oscura tampoco es una serie de agujeros negros. Los agujeros negros causan lentes gravitacionales, un fenómeno que hace que la luz de estrellas distantes se doble, haciendo que parezca que se originan en una ubicación diferente en el universo. Simplemente no se observa suficiente lente gravitacional para constituir el 27% del universo.
Como puede ver, es más fácil decir qué no es materia oscura que qué es materia oscura. Hay algunos candidatos que pueden considerarse materia oscura. Uno de los candidatos iniciales se denominó objetos halo compactos masivos, o MACHO. Los MACHO son pequeños trozos de materia bariónica (mucho más pequeños que una estrella) que simplemente flotan en el espacio interestelar. No emiten luz; por lo tanto, serían difíciles de detectar. Sin embargo, teorías más recientes sugieren que los MACHO no son lo suficientemente abundantes para explicar la cantidad de materia oscura en el universo. Además, no hay suficientes bariones para formar la materia oscura si la materia oscura fuera bariónica. Dado que la materia oscura no es bariónica, los MACHO se han descartado como candidatos para la materia oscura.
Teoría Inflacionaria del Universo: La Explosión que Explicó el Big Bang
Posibles candidatos a la materia oscura
Las teorías actuales sugieren que las partículas masivas que interactúan débilmente, o WIMP, son las principales candidatas para la materia oscura. Los WIMP son partículas subatómicas que no están formadas por materia ordinaria. Tienen masa e interactúan débilmente con la materia, lo que significa que en su mayoría atraviesan materia ordinaria. Se propone que tres partículas sean WIMP: neutrinos, axiones y neutralinos.
Los neutrinos se crearon para ayudar con la teoría de las interacciones de partículas. Inicialmente se teorizó que no tenían masa, pero desde entonces se ha descubierto que tienen masa. Sin embargo, el neutrino tiene una masa tan pequeña que los neutrinos por sí solos no podrían contribuir al 100% a la masa total de materia oscura. Los axiones son partículas que también se propusieron para llenar un vacío en una teoría: la ausencia de un momento dipolar eléctrico de un neutrón. También tienen una masa pequeña y no se habrían creado en grandes cantidades durante el ‘big bang’. Por lo tanto, la materia oscura no podría estar compuesta completamente por axiones. Neutralinosson partículas propuestas como parte de una teoría que intenta unificar todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza (también conocida como supersimetría). Estas partículas son partículas muy masivas, con masas de hasta 5000 veces la masa del protón. Estas tres partículas combinadas son actualmente las principales candidatas para la materia oscura.
¿Qué es la energía oscura?
El universo está compuesto principalmente de energía oscura. De hecho, aproximadamente el 68% del universo es energía oscura, según las teorías actuales. Se propone que la energía oscura sea una propiedad del espacio. Hay cuatro posibles explicaciones para la energía oscura. Albert Einstein fue el primero en considerar el concepto de energía oscura en su teoría de la gravedad, donde propuso que el espacio vacío puede poseer su propia energía. Esta energía se diluirá a medida que el universo se expanda y, a medida que el universo se expanda, habrá más espacio y, por lo tanto, más de esta energía oscura. Esta energía también haría que el universo se expandiera cada vez más rápido. La física cuántica propone una explicación alternativa de la energía oscura. En esta versión, las llamadas partículas virtuales aparecen y desaparecen en el espacio vacío todo el tiempo. Sin embargo, el cálculo de esta energía resultó demasiado alto.
Hay dos teorías adicionales sobre la energía oscura. En una de estas teorías, la energía oscura es un fluido o campo de energía dinámica llamado quintaesencia . Se propone que esta quintaesencia tiene el efecto exactamente opuesto en la expansión del universo que la materia y la energía regulares. Sin embargo, nunca se ha observado esta quintaesencia, ni se ha ideado ningún método para detectar esta energía. Finalmente, existe una propuesta que dice que tal vez la teoría de la gravedad de Einstein sea incorrecta y deba modificarse para tener en cuenta los datos y observaciones actuales. Nadie ha llegado todavía a una teoría modificada de la gravedad.
Resumen de la lección
Sabemos muy poco sobre la materia oscura y la energía oscura porque se comportan de manera muy diferente a la energía y la materia que estamos acostumbrados a medir. Sabemos lo que no es la materia oscura. No es materia bariónica (formada por protones y neutrones), ni es antimateria, ni es un agujero negro. Los objetos de halo compacto masivo (MACHO), que son trozos de materia bariónica que se desplazan en el espacio interestelar y afectan a otra materia cercana, alguna vez se consideraron candidatos para la materia oscura, pero desde entonces se han descartado como materia oscura porque son bariónicos.
Las partículas masivas de interacción débil (WIMP), que son partículas con masa que interactúan débilmente con otros tipos de materia, se consideran actualmente el principal candidato para ser materia oscura. Hay tres tipos de WIMP: neutrinos, axiones y neutralinos. Además, la materia oscura no es energía oscura. La energía oscura es la energía del espacio vacío. Hay teorías propuestas para explicar la energía oscura, pero ninguna de estas teorías explica con éxito o precisión la existencia de esta energía y su efecto en la expansión del universo. Entonces, a día de hoy, tanto la materia oscura como la energía oscura siguen siendo misterios científicos.
Vocabulario y definiciones
La lente gravitacional es cuando la luz de las estrellas pasa a través de una región con materia oscura, la luz se distorsiona y se dobla, haciendo que la estrella aparezca en una ubicación diferente en el espacio.
Es posible que la materia oscura sea partículas masivas que interactúan débilmente, o WIMP, pero sigue siendo un misterio científico en cosmología.
Se propone que la energía oscura es una propiedad del espacio, y hay cuatro posibles explicaciones para la energía oscura. Esto también sigue siendo un misterio científico en cosmología.
La cosmología es el estudio del origen del universo, entre otras cosas.
¿Qué es la transformación de la energía?
Los bariones es un grupo de partículas que incluye protones y neutrones.
Los neutrinos tienen una masa pequeña y fueron creados para ayudar con la teoría de las interacciones de partículas.
Los axiones son partículas que también se propusieron para llenar un vacío en una teoría: la ausencia de un momento dipolar eléctrico de un neutrón.
Los neutralinos son partículas masivas propuestas como parte de una teoría que intenta unificar todas las fuerzas fundamentales de la naturaleza.
La quintaesencia es la energía oscura que es un fluido o campo de energía dinámica.
Los resultados del aprendizaje
Después de revisar esta lección, debería poder:
- Describe la relación entre la materia oscura y la energía oscura.
- Resumir posibles candidatos a materia oscura
- Explica lo que sabemos que la materia oscura no es
Explora más sobre este tema
Selecciona un tema y sigue aprendiendo...
