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Los avatares de la materia oscura; Las propiedades de la materia oscura.

Artículo original de Richard Taillet, profesor de Física e investigador.


Pudieron leer en los artículos precedentes, varios indicios más o menos coherentes indicando que el Universo contiene materia oscura. Tratemos de reunir ahora lo que se cree que se sabe de las propiedades de la materia oscura.

- A: Cantidad de materia oscura

La cosmología nos indica que la composición del universo es aproximadamente (las cifras "han de cogerse con pinzas", ya que el 73 % hoy, puede ser muy bien el 80 % o el 60 % mañana):

* El 73 % de energía oscura (por ejemplo una constante cosmológica).
* El 27 % de materia repartida como sigue:
- el 23 % de materia no bariónica.
- el 4 % de materia bariónica.

El estudio de los cúmulos de galaxias indica que el 90 % de su masa está bajo una forma invisible. El estudio de las galaxias indica que la gran mayoría de su masa también es bajo forma invisible.


- B: Distribución de la materia oscura en el espacio: Los cúmulos de galaxias.

La observación de los cúmulos de galaxias permite mostrar que la materia oscura está distribuida de forma menos concentrada, más extensa, que la materia ordinaria.


- C: Las simulaciones numéricas: ¿Los grumos de materia oscura?

La aparición de la informática permitió disponer de un nuevo instrumento para estudiar el Universo: las simulaciones numéricas. Realizando hipótesis sobre las propiedades del Universo primordial, podemos simular su evolución hasta hoy según las leyes de la física, y comparar con lo que observamos. Así, las simulaciones permiten encontrar la distribución de la materia oscura alrededor de los cúmulos de galaxias. Y permiten ir un poco más lejos que la "simple" comparación con las observaciones.

En efecto, estas simulaciones indican que a pequeñas escalas, la materia oscura tendería a formar grumos, con masas individuales que irían de la de la Tierra a la de la galaxia. La materia oscura sería como una torta que englobaría a los cúmulos de galaxias, conteniendo multitud de grumos de pequeño tamaño. Esto es aún debatido a lo largo y a lo ancho en el seno de la comunidad científica desde hace una decena de años, pero si se confirmase, podría tener consecuencias importantes sobre las perspectivas de detección indirecta de la materia oscura (lo ampliaremos más adelante). A continuación algunas imágenes nacidas de tales simulaciones por uno de los gurús de la especialidad, Ben Moore, que ha desarrollado cadenas de ordenadores dedicados específicamente a este tipo de problema (la tercera imagen necesitó sólo ella 6 meses de cálculo).

Resultados surgidos a partir de simulaciones efectuadas por Ben Moore. Imagen superior: visión de conjunto de la distribución de materia oscura en un corte del Universo de mil millones de años de luz de lado. Imagen inferior: ampliaciones sucesivas sobre una región de 10 000 años de luz de lado. Las ampliaciones representan respectivamente una región de 100 años luz y luego 1 año luz. La estructura más pequeña tendría la masa de la Tierra, para un tamaño del orden del sistema solar.

Una posible vista de nuestra galaxia, según las simulaciones de Ben Moore: los puntos brillantes representan los grumos de materia oscura mencionados más arriba.

- D: Conclusión.

Es bastante tranquilizador ver que estos indicios de origen diferente convergen hacia la misma conclusión, y es tentador concluir que se trata en efecto del mismo problema en los tres casos, a saber que el Universo contiene una gran cantidad de masa bajo una forma que no se ve. Pero esto genera una nueva pregunta: ¿Cuál es pues la naturaleza de esta materia oscura?.




Otros capítulos ya publicados de la serie

- Los secretos de la materia oscura. Parte 1

- Los secretos de la materia oscura. Parte 2, los cúmulos de galaxias.

- Los secretos de la materia oscura. Parte 3, la Cosmología.

- Los secretos de la materia oscura. Parte 4, las Galaxias.

- Los secretos de la materia oscura. Parte 6, los avatares de la materia oscura; Los candidatos.

- Los secretos de la materia oscura. Parte 7, la búsqueda de una prueba experimental: Testear los modelos "estándares".

- Los secretos de la materia oscura. Parte 8, la búsqueda de una prueba experimental: Detectar la materia oscura.

- Los secretos de la materia oscura. Parte 9 y última. Conclusiones.



Próximo capítulo:

Los candidatos.


Crédito de las imágenes (para toda la serie): O. López-Cruz (INAOEP) et al., AURA, NOAO, NSF. NASA. ESA. S. Allen (IoA Cambridge). W. N. Colley (U. Virgina & E. Turner (Princeton). J.A. Tyson (UC Davis). HST. Melanie Johnston-Hollitt. VIRGO/Joerg Colberg. Museo del Louvre, Steadelsches Kunstinstitut. Equipo científico WMAP/NASA. Hubble Heritage. David Martinez-Delgado (MPIA) & Gabriel Perez (IAC). R. Ibata (Strasbourg Observatory, ULP) et al., 2MASS. B. Koribalski (ATNF), S. Gordon (UQld) K. Jones (UQld), J. Dickey (UMinn). Ben Moore.




Un Universo por descubrir