La teoría del Big Bang afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y temperatura y luego se expandió. Mediciones modernas datan este momento aproximadamente 13 800 millones de años atrás, que sería por tanto la edad del universo.

Según un nuevo estudio realizado por la Universidad Johns Hopkins y que ha sido publicado en la revista Physical Review Letters. sin embargo, la materia oscura podría ser incluso más antigua que el propio Big Bang. Si bien la idea de que la materia oscura existía antes del Big Bang no es nueva, otros teóricos no han podido hacer cálculos que respalden la idea.

Materia oscura

De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.

Si bien no se sabe mucho sobre sus orígenes, los astrónomos han demostrado que la materia oscura desempeña un papel crucial en la formación de galaxias y cúmulos de galaxias.

Según explica Tommi Tenkanen, becario postdoctoral en Física y Astronomía en la Universidad Johns Hopkins y autor del estudio:

El estudio reveló una nueva conexión entre la física de partículas y la astronomía. Si la materia oscura consiste en nuevas partículas que nacieron antes del Big Bang, afectan la forma en que las galaxias se distribuyen en el cielo de una manera única. Esta conexión puede usarse para revelar su identidad y sacar conclusiones sobre los tiempos anteriores al Big Bang también. No sabemos qué es la materia oscura, pero si tiene algo que ver con partículas escalares (representadas en la distribución espacial de una magnitud), puede ser más antigua que el Big Bang. Con el escenario matemático propuesto, no tenemos que asumir nuevos tipos de interacciones entre materia visible y oscura más allá de la gravedad, que ya sabemos que está allí. Pronto aprenderemos más sobre el origen de la materia oscura cuando se lance el satélite Euclides en 2022.

Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible. La materia bariónica (materia ordinaria) está en franca minoría en el universo.

Pero también en el cerebro, si definimos figuradamente la materia oscura y la energía oscura como la parte no consciente de nuestra mente.

El inconsciente

Hasta que Sigmund Freud no teorizó acerca del inonsciente, no llegamos a entender muy bien por qué, siendo racionales como éramos, incurríamos en contradicciones de todo tipo. Freud postuló así un espacio conceptual, no manifiesto para nosotros, en el que reina la irracionalidad, es decir, que está ajena a la inferencia lógica, la causa y el efecto y el tiempo linear.

Freud fue demasiado lejos sosteniendo que en el inconsciente redisía tanto los impulsos sexuales como los agresivos, entre otros, y llegó a escribir más literatura que ciencia, pero hoy en día la idea del subconsciente es una idea aceptada por todos, tal y como explica Joel Gold, psiquiatra clínico en la Facultad de Medicina de la NYU en Eso lo explica todo (edición de John Brockman):

El universo consiste básicamente en materia oscura. No podemos verla, pero tiene una enorme fuerza de gravedad. La mente consciente (de manera muy similar al aspecto visible del universo) es sólo una pequeña fracción del mundo mental. La materia oscura de la mente, el subconsciente, tiene la mayor gravedad psíquica. Cuando no tnemeos en cuenta la manteria oscura del universo, aparecen las anomalías; cuando ignoramos la materia oscura de la mente, nuestra irracionalidad resulta inexplicable.

La mente consciente tiene una capacidad de procesamiento 200.000 veces menor que el inconsciente, según un estudio de Ap Dijksterhius, Henk Aarts y Pamela K. Smith. Y, además, como añade Daniel Gilbert, psicólogo de Harvard, nuestras mentes divagan durante el 46% del tiempo, tal y como sugirió en su artículo de Science.

El modelo actual del universo, llamado LambdaCDM, no explica cómo son físicamente la materia oscura y la energía oscura: solo inferimos su existencia debido a los efectos gravitatorios que tienen sobre otra materia observable.

Un nuevo modelo, publicado en Astronomy and Astrophysics, unifica la materia oscura y la energía oscura en un fluido que posee un tipo de 'gravedad negativa', repeliendo todo otro material a su alrededor.

Gravedad negativa

De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.

Jamie Farnes, del Centro de Investigación Electrónica del Departamento de Ciencias de la Ingeniería de Oxford, en Reino Unido, ofrece una nueva explicación que unifica tanto la materia como la energía oscuras.

El estudio presenta una simulación por ordenador de las propiedades de la masa negativa, que predice la formación de halos de materia oscura como los inferidos por observaciones que utilizan los radiotelescopios modernos. Según Farnes:

Este nuevo enfoque toma dos ideas antiguas que se sabe que so compatibles con la teoría de Einstein (masas negativas y creación de materia) y las combina. El resultado parece bastante bello: la energía oscura y la materia oscura se pueden unificar en una sola sustancia, y ambos efectos pueden explicarse simplemente como una masa de materia positiva navegando en un mar de masas negativas.

La teoría de Farnes también proporciona las primeras predicciones correctas del comportamiento de los halos de materia oscura. La mayoría de las galaxias giran tan rápido que deberían estar destrozándose, lo que sugiere que un "halo" invisible de materia oscura debe mantenerlas juntas.

Si fuera real, sugeriría que el 95 por ciento perdido del cosmos tenía una solución estética: habíamos olvidado incluir un simple signo negativo.

Un catálogo de 25.000 millones de galaxias virtuales a partir de 2 billones de partículas digitales, el mayor universo que ha sido construido nunca, ha sido concebido por investigadores de la Universidad de Zurich (UZH) gracias a la potencia de un superordenador.

Pero ¿para qué construir un universo de mentira tan gigantesco? No es para crear un videojuego de nueva generación, sino para hallar materia oscura.

Materia Oscura

Con el objetivo de investigar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura, en 2020 se lanzará el satélite Euclides.

A bordo se realizarán una serie de experimentos, para los cuales es necesario recrear previamente en un universo virtual como el concebido en Zurich: para describir con una precisión sin precedentes la dinámica de la materia oscura y la formación de estructuras a gran escala en el universo.

Concretamente, el superordenador "Piz Daint" del Swiss National Computing Center (CSCS) hizo correr el código llamado PKDGRAV3, diseñado para utilizar óptimamente la memoria disponible y el poder de procesamiento de las modernas arquitecturas de supercomputación. El aparato tardó 80 horas en crearla.

Este nuevo catálogo de galaxias virtuales ayudará a optimizar la estrategia de observación del experimento de Euclides, que capturará la luz de millones de galaxias a fin de que se puedan medir las distorsiones que surgen de la desviación de luz de estas galaxias.

Como explica Joachim Stadel del Instituto de Ciencias Computacionales de la UZH:

Euclides realizará un mapa tomográfico de nuestro universo, remontándose en el tiempo a más de 10.000 millones de años de evolución en el cosmos.

La existencia de la materia oscura es solo una deducción de resultas de observar la distribución de la gravedad en el Universo parece que hay más materia de la que se puede ver. De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible.

Todo lo que sabemos acerca de la materia oscura está relacionado con su efecto sobre la materia normal, y aunque explica muy bien el universo, todavía existen muchas dudas acerca de su verdadera naturaleza (y si existe) porque no se puede observar directamente.

Uno de los modelos más populares sugiere que las partículas de materia oscura son "frías", lo que significa que las partículas son miles de veces más grandes que los electrones, moviéndose muy lentamente en comparación con la velocidad de la luz. Un nuevo estudio, sin embargo, sugiere que la materia oscura podría ser "difusa".

Materia oscura difusa

Publicado en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, el estudio ha sido realizado por físicos de la Universidad de California y el Instituto Politécnico Nacional de la Ciudad de México y propone un enfoque diametralmente opuesto al actual.

En su modelo, las partículas de materia oscura son aproximadamente diez billones de veces más pequeñas que un electrón, y esto tiene algunas curiosas consecuencias a nivel cuántico.

Un principio de la mecánica cuántica es que los bloques fundamentales de la materia son partículas y ondas. Estas pequeñas partículas de materia oscura son una fracción de un electrón, pero su longitud de onda es de 3.000 años luz de diámetro. Esta distancia desde un pico de la ola a otro es aproximadamente un octavo de la distancia entre la Tierra y el centro de la Vía Láctea. Por el contrario, la longitud de onda más larga de la luz, una onda de radio, es solamente algunas millas de largo.

Tener una longitud de onda tan larga (alrededor del 3% del tamaño de la Vía Láctea) crea una interferencia constante entre las partículas de materia oscura, un poco como la superficie de un estanque en una tormenta. En estas grandes escalas, tienen un impacto sobre las escalas galácticas en lugar de atómicas.

Los investigadores probaron si el modelo difuso de materia oscura funciona para galaxias reales. Usando el Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, estudiaron la emisión de gases calientes en 13 galaxias, que es un buen trazador de materia oscura. Basándose en los datos recopilados por Chandra, el equipo estimó cuánta materia oscura estaría presente en cada galaxia y cómo se extendió desde el centro.

Los resultados sugirieron que el modelo de la materia oscura borrosa puede encajar con las observaciones de los cúmulos igual de bien o incluso mejor que los modelos basados en materia oscura fría. Los resultados del estudio sugieren que este nuevo modelo de materia oscura difusa podría ser un modelo alternativo al de la materia oscura fría, aunque reconocen que es necesaria una investigación más detallada en la que será fundamental comprobar si la materia sufre oscilaciones en su masa según la mecánica cuántica.

La primera imagen compuesta (combina varias imágenes individuales) de un puente de materia oscura que conecta las galaxias ha sido presentada por investigadores de la Universidad de Waterloo en la Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Se confirman así las predicciones de que las galaxias a través del Universo están unidas entre sí, a través de una red cósmica conectada por materia oscura.

La materia oscura

No brilla, absorbe o refleja la luz, lo que tradicionalmente ha hecho que sea en gran parte indetectable, excepto por la gravedad. Así de esquiva es la materia oscura. Según Mike Hudson, profesor de astronomía en la Universidad de Waterloo:

Durante décadas, los investigadores han estado prediciendo la existencia de filamentos de materia oscura entre galaxias que actúan como una superestructura de tipo web que conecta las galaxias. Esta imagen nos mueve más allá de las predicciones a algo que podemos ver y medir.

Entonces, ¿cómo podemos tener una imagen de algo que no podemos ver? Gracias a una técnica llamada lente gravitacional débil, un efecto que hace que las imágenes de galaxias distantes se deformen ligeramente bajo la influencia de una masa invisible como la materia oscura.

De toda la materia del universo visible, solo un 4% es materia normal, como la materia de la que están formadas todas las cosas que conocemos. Un 23% está hecho de materia oscura (invisible), que los físicos intuyen que existe pero no saben lo que es. El 73% restante, es decir, casi toda la materia del universo, es energía oscura, que también es invisible, y tampoco sabemos qué es.

China acaba de lanzar un nuevo satélite, DAMPE (Explorador de partículas de materia oscura) que buscará la materia oscura, y se proponen a estudiarla, como podéis ver en el vídeo que encabeza esta entrada. El DAMPE fue construido por los científicos chinos en conjunto con la Universidad de Ginebra y fue probado en el CERN. Estará en funcionamiento durante tres años. Permanecerá funcionando en órbita durante tres años.

La materia oscura —la sustancia misteriosa que creemos que representa alrededor del 80 por ciento de la materia del universo— sigue siendo un misterio inescrutable.

Los científicos han estado intentando durante décadas comprender y detectar la naturaleza de esta materia, lo que podría ayudar a descubrir cómo se iniciaron las galaxias. “No sabemos mucho acerca de la materia oscura”, afirma Stefan Funk, un astrofísico de partículas de la Universidad de Stanford.

A diferencia de la materia visible, la materia oscura no puede ser vista y es excepcionalmente difícil de detectar. Se mueve lentamente, lleva poca energía e interacciona muy lévemente con su entorno. Sin embargo, sí es conocido que cuando un pedazo de materia oscura es destruida, la explosión resultante origina un torrente de partículas de alta energía. Estas partículas pueden estar formadas de materia ordinaria —protones, neutrones, electrones y sus bloques elementales— y también de sus homólogos de antimateria.

La antimateria era abundante en los orígenes del universo, pero ahora es muy rara y sólo se crea en procesos extraños, como por ejemplo, la destrucción de materia oscura o en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC en inglés).

Así que los científicos, en la búsqueda de evidencias de materia oscura, ponen sus esfuerzos en hallar positrones —el análogo antimateria de los electrones— en estallidos de alta energía de las partículas conocidas como rayos cósmicos.

Otro inconveniente para los físicos, es el desconocimiento acerca del tamaño de la materia oscura. Sin embargo, sí se sospecha que la cantidad de energía transportada por un positrón está limitada por la masa de su fuente de materia oscura.

Inicialmente se pensó que se podría encontrar con relativa rapidez, un punto límite para el tamaño máximo de una partícula de materia oscura. Sin embargo, recientes estudios de la plataforma espacial Rusa-Europea conocida como PAMELA, han encontrado evidencias de lo contrario.

Algunos científicos cuestionaron estos resultados. Pero ahora, diferentes investigadores de Stanford parecen haber confirmado estos resultados en un estudio enviado a Physical Review Letters.

¿En qué acabará todo este jaleo? ¿Descubriremos algún hecho revelador gracias al LHC?

Vía | Los Ángeles Times
Imagen vía Hubble Space Telescope

Parece que estamos viviendo una época en la que los postulados de la física pueden desmoronarse en cualquier momento. Hace poco fue lo de los neutrinos viajando a una velocidad ligeramente superior a la de la luz. Sin embargo, el fenómeno se presentó de una forma un tanto sensacionalista, y no era para tanto, tal y como explican estupendamente en Mala Ciencia.

Ahora el notición es que un matemático parece haber explicado la rotación de las galaxias excluyendo la existencia de la hipotética materia oscura. Y, de nuevo, parece que las cosas se están exagerando un poco a raíz de las publicaciones de Alt1040 sobre Physoeg a propósito del preprint que A. Carati, el matemático de marras, publicó la semana pasada en Arxiv.

En pocas palabras, podría desecharse la materia oscura para explicar la fuerza que mantiene unidas a las galaxias, a pesar de que los objetos visibles en el centro de la Vía Láctea sólo contienen alrededor del 10 al 20% de la masa necesaria para explicar las curvas de rotación de las estrellas exteriores.

Carati asegura que las curvas de rotación se pueden explicar por la influencia de la materia en las galaxias lejanas.

De sus cálculos, la comunidad científica se ha mostrado bastante escéptica y saca las siguientes cuatro conclusiones:

-Hay tantas galaxias que no es difícil encontrar cuatro galaxias que se ajusten a las matemáticas.

-Las matemáticas de Carati se han adaptado para coincidir con los datos ya observados anteriormente.

-Sus cálculos no funcionan.

-O bien, y por último, la interpretación del autor y sus datos pueden ser objeto de debate y sus matemáticas realmente están en lo cierto.

Tal como explican en Stringers, el propio Carati llega a la necesidad de la materia oscura incluso cuando intenta negarla, y que, por supuesto, el modelo de Carati no es el primero en excluir la materia oscura: en la década de 1990 surgió lo que se conoce como Dinámica de Newton Modificada, que es capaz de obtener curvas de rotación casi perfectas a costa de modificar la segunda ley de Newton por la introducción de un término extra.

Vía | Alt1040 | Stringers

Un grupo de físicos de la Universidad de Brown, han puesto un límite a la masa de la materia oscura, la misteriosa partícula que se cree que representa casi una cuarta parte del universo. Este gruo de investigadores han publicado su estudio en la revista Physical Review Letters y concluyen que la materia oscura debe tener una masa superior a los 40 GeV (giga electronvoltio). Ya que normalmente la masa de las partículas elementales son expresadas en términos de electrón-voltio, haciendo referencia a la energía cinética que adquiere un electrón cuando es acelerado por una diferencia de potencial de 1 voltio.

Esta distinción es reseñable ya que pone en duda los últimos resultados ofrecidos por diferentes experimentos que han reportado la deteción de materia oscura.

Empleando datos públicos recogidos por el Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA y un enfoque estadístico, el profesor Savvas Koushiappas y el alumno Alex Geringer-Sameth limitaron la masa de la materia oscura calculando la tasa a la cual se cree que las partículas se anulan entre sí en las galaxaias que orbitan la Vía Láctea.

"Lo que descubrimos fue que si la masa de una partícula es menor de 40 GeV, entonces ésta no puede ser una partícula de materia oscura", afirma Koushiappas.

Como he comentado anteriormente, lo sorprendente de esta investigación es que pone en duda los últimos resultados que han reportado la detección de la esquiva partícula. Los últimos estudios llevados a cabo por DAMA/LIBRA, CoGeNT y CRESST afirman haber encontrado partículas de materia oscura con una masa que van desde los 7 hasta los 12 GeV.

"Este nuevo hallazgo implicaría que la cantidad de materia oscura existente en el Universo actual sería tan elevada, que estaríamos equivocados respecto al ritmo de expansión de éste", dijo Koushiappas en referencia al premio Nobel de Física 2011, que fue concedido por el descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando.

Vía | Brown University