¿Qué es la materia oscura?

Cada vez que respondemos una pregunta acerca del Universo, cientas de nuevas aparecen. Y es que el Cosmos, además de ser un lugar asombroso, está lleno de misterios que nos hacen reformular constantemente todo lo que creíamos saber acerca de él. Y, sin duda, uno de los más fascinantes es descubrir que la materia bariónica representa solo el 4% del Universo.

La materia bariónica es aquella constituida por átomos formados de los protones, neutrones y electrones que conocemos. Es decir, todo aquello que vemos, percibimos y sentimos en el Universo es solo el 4% de su composición. Pero, ¿y el resto? ¿Dónde está el otro 96%? Pues en forma de cosas ocultas.

El 72% del Cosmos es energía oscura (una forma de energía contraria a la gravedad responsable de la expansión acelerada del Universo pero que no podemos percibir), el 1% es antimateria (constituida por antipartículas, aunque esta sí que la podemos percibir) y, por último, el 23% es materia oscura.

En el artículo de hoy nos adentraremos en los secretos de esta última. Recopilaremos todo lo que se sabe acerca de la misteriosa materia oscura (qué es, cómo sabemos que está ahí, por qué no podemos verla…) para que, de una forma sencilla, podamos entender qué es esta materia que no emite radiación electromagnética pero con unos efectos gravitatorios que la delatan. Prepárate para que te estalle la cabeza.

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¿Qué es la materia oscura?

Antes de decir qué es, es más importante decir qué no es. Y es que a pesar de que se suelan considerar términos muy parecidos, la materia oscura no tiene nada que ver con la antimateria ni con la energía oscura. Son términos totalmente distintos. Y hoy nos centramos solo en la materia oscura.

Pero, ¿qué es? Hay que dejar claro que, como se puede desprender de su nombre, no lo tenemos muy claro. A día de hoy, aún no sabemos exactamente qué es la materia oscura. Y es que por sus propiedades que ahora veremos, es prácticamente imposible estudiarla. ¿Significa esto que quizás no exista? No. Como veremos, debe existir. No sabemos qué es, pero sí que debe estar ahí fuera.

Y más que ahí fuera, a nuestro alrededor. Y es que la materia oscura conforma el 23% del Universo, lo que significa que todos nosotros estamos rodeados de esta materia, aunque no podemos ni sentir su interacción ni percibirla.

La materia oscura es un tipo de materia que cumple con cuatro características: pesa, no emite radiación electromagnética, es neutra (no tiene carga eléctrica), es estable (simplemente significa que, igual que la bariónica, puede existir sin desintegrarse) y es fría (en el sentido que no viaja a velocidades cercanas a la de la luz). Puede parecer que estas propiedades no son demasiado extrañas, pero lo cierto es que, ahora cuando las analicemos, veremos que hacen de esta materia oscura, uno de los mayores misterios de la Astronomía.

En resumen, la materia oscura es un tipo de materia que conforma el 28% del Universo y que, pese a que no emite ningún tipo de radiación electromagnética y, por lo tanto, no podemos percibirla, el hecho de que tenga masa y, sobre todo que interaccione gravitatoriamente, delata su existencia.

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¿Dónde está la materia oscura?

La materia oscura pesa. Esta característica es una de las que demuestran que, en efecto, la materia oscura tiene que existir. Y es que el hecho de que interaccione gravitatoriamente con la materia bariónica (la que constituye todo aquello que vemos y percibimos) hace que dé constantemente efectos de su presencia. Y es precisamente esta masa lo que la delata.

¿En qué sentido? Bueno, por una razón: si analizamos las interacciones gravitatorias dentro de las galaxias del Cosmos suponiendo que solo existe materia bariónica, los cálculos matemáticos simplemente se derrumban. En las galaxias tiene que haber algo más.

Y es que, por un lado, si tomamos lo que sabemos sobre la gravedad, veríamos que los famosos discos de rotación de las galaxias tendrían que girar muy rápido cerca del centro pero más despacio en las regiones más separadas del mismo. ¿Y es esto lo que vemos? No, ni por asomo. Los discos de las galaxias giran a una velocidad constante independientemente de la distancia respecto al núcleo galáctico.

Y, por otro lado, si analizamos el número de estrellas de una galaxia y extraemos lo que se conoce como materia luminosa, tenemos el peso, en estrellas de esa galaxia. Pero si luego analizamos el peso total de la galaxia, vemos que es muchísimo mayor al de materia luminosa.

Y ahora quizás pienses “bueno, es que con la materia luminosa solo contamos el peso de las estrellas”. Sí, pero es que las estrellas constituyen prácticamente el 100% del peso de una galaxia. Los planetas, asteroides, satélites, etc, tienen una masa ínfima en comparación.

Lo que vemos es que la materia luminosa representa solo el 20% del peso total de la galaxia. ¿Y toda la otra masa? Pues aquí entra en juego, la materia oscura. Y para que los resultados concuerden (tanto para la masa total de la galaxia como lo de la velocidad de rotación de sus brazos), esta debe estar rodeada de un halo de materia oscura.

Es decir, todas las galaxias (incluida la nuestra, claro) estarían flotando dentro de una nube de materia oscura cuatro veces más grande y masiva que la propia galaxia en sí y que, gracias a la gravedad que genera, mantendría la cohesión gravitatoria de la misma. Por lo tanto, ahora mismo estamos flotando en materia oscura. A la pregunta de dónde está, la respuesta es clara: en todas partes.

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¿Por qué no podemos detectarla? ¿Es oscura de verdad?

La materia oscura no emite ningún tipo de radiación electromagnética. La característica que hace única a la materia oscura y que, a la vez, la convierte en un misterio prácticamente imposible de descifrar. Pero para entender esto, debemos ponernos en contexto.

Una propiedad intrínseca e indiscutible de la materia bariónica es que emite radiación electromagnética. Es decir, todo lo que está formado por la materia que conocemos, por el simple hecho de existir, emite unas ondas que permiten su detección.

Las estrellas, por ejemplo, emiten radiación electromagnética del espectro visible, lo que tradicionalmente conocemos como luz. Pero la luz, a pesar de que es la radiación que nuestro sentido de la vista es capaz de procesar, no es la única.

Microondas, rayos gamma, radio, infrarrojo (es la que emite nuestro cuerpo), rayos X… Hay muchas formas de radiación (cuya existencia depende de la frecuencia de las ondas que emite esa materia) y todas ellas pueden ser percibidas, medidas y detectadas con distintos instrumentos. Por lo tanto, dependiendo de qué radiación midamos, el Universo adoptará un aspecto propio. Es decir, no es lo mismo observar una galaxia con un telescopio que hacerlo midiendo sus ondas infrarrojas. Pero la cuestión es que, de una forma u otra, la materia bariónica puede medirse.

La materia oscura no emite radiación electromagnética. No emite ningún tipo de onda que interaccione con la materia bariónica, por lo que ya no solo es que no genere luz, sino que tampoco emite microondas, infrarrojo, rayos gamma… Nada. Y si no emite radiación electromagnética es, simplemente, indetectable. No puede percibirse de ninguna manera.

En este sentido, debemos recalcar también un aspecto importante. Y es que a pesar de su nombre (con claras intenciones mediáticas), la materia oscura, técnicamente, no es oscura. Y es que cuando algo es oscuro es porque ha absorbido totalmente la luz. Y si estamos diciendo que la materia oscura ni emite ni interactúa con la radiación electromagnética, no puede absorber la luz. Por lo tanto, no puede ser negra. Más bien, de ser algo, es transparente. La materia oscura es, por definición, invisible. Invisible en todos los sentidos.

En resumen, la materia oscura es un tipo de materia que no emite radiación electromagnética, por lo que es invisible (no es oscura) ante cualquier sistema de detección. No puede verse, medirse ni percibirse, pero por lo que hemos explicado sobre la interacción gravitatoria, sabemos que debe estar entre nosotros, dando cohesión gravitatoria a nuestra galaxia y a todas las del Universo.

¿Sabremos algún día qué es exactamente?

Después de analizar su naturaleza, seguramente te preguntes si algún día descifraremos sus misterios. Pues bien, lo cierto es que, a día de hoy, todo son hipótesis. Y es que ninguna partícula del modelo estándar encaja. Y es que por las características que hemos visto, las únicas que podrían encajar son los neutrinos, unas partículas subatómicas neutras eléctricamente (como la materia oscura), pero hay un problema.

Y es que estos neutrinos, a pesar de ser prácticamente indetectables, se mueven a velocidades cercanas (muy cercanas) a la de la luz y tienen una masa muy pequeña, por lo que prácticamente no interaccionan gravitatoriamente. La materia oscura, por su parte, no se mueve a velocidades cercanas a la de la luz (ya hemos comentado lo de que es fría) y su interacción gravitatoria es mucho mayor.

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Por lo tanto, sean cuales sean las partículas que la constituyen, no están en el modelo estándar. Se han hipotetizado distintas partículas, pero todavía no se han detectado, por lo que no son más que hipótesis. Y teniendo en cuenta que su detección es increíblemente compleja ya que no interacciona con la radiación electromagnética, habrá que esperar a un futuro.

Quizás cuando podamos construir estaciones de detección totalmente aisladas de la influencia de otras partículas, podamos detectar estas partículas oscuras. Pero por el momento, la materia oscura es invisible. Sabemos que está entre nosotros, pero estamos ciegos. No podemos verla. Hasta que no arrojemos algo de luz, todo seguirá siendo oscuro.