y XV. La Física sigue evolucionando

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¿Cuál es la naturaleza de la Materia Oscura? ¿Qué es la Energía Oscura que acelera la expansión del universo? ¿Cuál es la masa de los neutrinos? La teoría del Big Bang supuso una herramienta para entender la historia del Universo, pero aún surgen cuestiones sobre la evolución de la materia a todas las escalas. Las Astropartículas son probablemente una de las claves en todos estos misterios. Una mejor comprensión de estos nuevos mensajeros ofrecerá una marea de nuevos conocimientos. Pero surge otra pregunta: ¿encajarán estos descubrimientos en nuestras teorías actuales o nos obligarán a desarrollar una nueva física, revolucionando una vez más nuestra visión del mundo?

Debido a la Materia Oscura, la estructura del Universo se asemeja a una gran tela de araña. ¿Aceleradores? ¿Experimentos de Astropartículas? Sea de donde sea que lleguen nuevas revoluciones, cambiarán seguro nuestra concepción de la materia, el Universo y su historia. Por otro lado, proyectos como LAGUNA pueden arrojar luz sobre los secretos de los neutrinos y sus extrañas propiedades. ¿Abrirán una nueva era en la Física más allá del Modelo Estándar?

VIII. En busca de la materia oscura

: Cluster Crash Illuminates Dark Matter Conundrum

Nuestras observaciones nos demuestran que la mayor parte del Universo es indetectable por nuestros telescopios. Hemos detectado la presencia de materia que no emite luz y que podría representar hasta un 25% del contenido total del Universo. Esta materia oscura ha de estar compuesta por partículas por ahora desconocidas, casi indetectables, pues interaccionan muy débilmente con la materia. Uno de los principales retos de la Física de Astropartículas es detectar estas partículas y desvelar su naturaleza.

Las estrellas en el seno de las galaxias, giran demasiado deprisa. Para explicar que no salgan despedidas las galaxias deben contener una importante cantidad de materia no luminosa. Existen numerosas evidencias que soportan esta tesis. De esta forma, sólo el 5% del Universo está compuesto por materia visible. El 25% es Materia Oscura, y el 70% restante es un componente incluso más enigmático que se ha denominado “Energía Oscura”. Al tiempo que algunos experimentos intentan detectar de forma directa esta materia oscura en el seno de laboratorios subterráneos, diversos métodos permiten detectarla también de forma indirecta. En la imagen, el cúmulo de Abel 520 donde se representa en rojo la materia ordinaria, y en azul la materia oscura observada gracias a efectos de lente gravitacional.

Imagen: «Un choque de cúmulos ilumina la materia oscura» (NASA Images).

II. Más allá de la luz

Hasta finales del siglo XVIII, lo que conocíamos del Universo se limitaba a aquello que éramos capaces de ver. William Herschel abrió un nuevo camino al descubrir por primera vez una radiación invisible al ojo humano, el infrarrojo. Seguirían el descubrimiento del ultravioleta, los rayos-X, las ondas de radio, etc. revelando nuevas e insospechadas imágenes del Universo.

Observada desde dos millones de años luz de distancia, M82 se muestra como una típica galaxia espiral irregular. Los satélites espaciales Spitzer y Chandra revelan una imagen muy diferente: en el infrarrojo, es la galaxia más luminosa del firmamento inmersa en una nube de gas frío y polvo (aquí en rojo). La observación en rayos-X también revela una enorme emisión a millones de grados emergiendo del centro galáctico (aquí en azul). Hace cien millones de años la galaxia M81 pasó rozando. Este encuentro celeste provocó el nacimiento de numerosas estrellas masivas que evolucionaron hacia supernovas. De esta forma, grandes cantidades de materia estelar joven son emitidas por la galaxia a millones de kilómetros por hora.

Imágenes: «La galaxia M82», Hubble Space Telescope y Jet Propulsion Laboratory, NASA Images.

I. Del cielo al espacio

Durante miles de años, la Humanidad ha observado y medido, admirado y temido la bóveda celeste cuyo inmutable conjunto de estrellas marcaba su vida. Imaginar que la Tierra y esas estrellas se mueven de hecho en el mismo espacio casi infinito, no ha sido fácil. Fue necesario abandonar la «evidencia» de que nuestro planeta estaba en el centro de una esfera de estrellas fijas.

Desde la antigua Babilonia, la Humanidad observa un firmamento en el que las estrellas parecen moverse alrededor de la Tierra. Según las antiguas creencias, el cielo es una cúpula en la que miles de estrellas visibles están incrustadas, y la Vía Láctea el rastro dejado por las almas en su camino hacia el cielo, o la leche materna dispersada por Hera y que amamantaba a Hércules. Esta visión geocéntrica del mundo se resquebraja en 1543 gracias a Copérnico, y se desmorona definitivamente cuando Galileo Galilei usa por primera vez un telescopio para observar el firmamento. Las manchas solares o las montañas lunares ponen en tela de juicio el modelo de esferas perfectas. El uso de telescopios cada vez más potentes va a poblar el Universo de nuevos cuerpos celestes como las galaxias, cuya verdadera naturaleza no será comprendida hasta la década de 1920.

Imagen: «La vía láctea, hogar de tantos planetas«, Jet Propulsion Laboratory, NASA Images.

Especial sobre astropartículas y astronomía

Como sabréis, este año se celebra el Año Internacional de la Astronomía, conmemorando la primera vez que Galileo se puso a mirar y estudiar el espacio con un telescopio. En Julio ya tuvimos un especial del aniversario de la llegada a la Luna y, ahora, vamos a ofreceros unos pequeños textos sobre astronomía y la apasionante física de astropartículas.

Como sabéis, hace poco estuve involucrado en un proyecto (la «Semana de las astropartículas») sobre el tema y, aunque no lo comenté, dicho proyecto engloba también esta serie de artículos. Están escritos por varios físicos de distintos países pertenecientes a la red europea de astropartículas. Fueron expuestos a modo de póster en el stand de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza en el Pabellón de la Ciencia durante las fiestas del Pilar y ahora llegan a todos los rincones del mundo gracias a internet.

Gracias a Carlos Pobes, cabeza pensante de muchas de las ideas de la Semana y quien creó casi todo el guión de «La Magia de las Astropartículas» y a Marisa Sarsa y Clara Cuesta, todos investigadores en el Laboratorio de Física Nuclear y Altas Energías, por su trabajo y por estar dispuestos a colaborar con los Electrones cediéndonos los textos de los pósters.

Dentro de poco y, en pequeñas dosis, iremos subiendo los artículos a la red para que los disfrutéis.

Un abrazo

Enlaces: Aspera | Astroparticle.org