La búsqueda astronómica de materia oscura

Si la materia invisible del cosmos no aparece en los experimentos de detección directa ni en los colisionadores de partículas, tendremos que estudiarla en el espacio.

[MONDOLITHIC STUDIOS]

En síntesis

La mayor parte de las teorías suponen que la materia oscura está compuesta por algún tipo de partícula, como las partículas masivas que interaccionan débilmente (WIMP), los axiones o los neutrinos estériles.

Los métodos que se usan habitualmente para tratar de desvelar la naturaleza de la materia oscura suponen que esas partículas interactúan con las de materia ordinaria por medio de alguna fuerza no gravitatoria.

Esos esfuerzos aún no han tenido éxito, por lo que nuestra mayor esperanza de continuar aprendiendo cosas sobre la misteriosa sustancia podría residir en las observaciones astronómicas.

Para poner en práctica esa estrategia, es necesario convencer a los legisladores de las posibilidades que entraña la búsqueda astrofísica de la materia oscura, a fin de conseguir la financiación necesaria.

«¿Cómo crees que podemos resolver el problema de la materia oscura?», me preguntó con premura Vera C. Rubin, a los pocos minutos de que nos presentaran en la conferencia Mujeres en Astronomía de 2009. No consigo recordar qué respondí. Me quedé abrumada: la famosa astrónoma que había ganado la Medalla Nacional de Ciencia de Estados Unidos por hallar la primera prueba concluyente de la existencia de la materia oscura me estaba consultando a mí, una estudiante de doctorado de veintitantos años. Estoy segura de que mi contestación no fue demasiado afortunada, porque hasta entonces no había pensado con detenimiento en ese problema. Nunca se me había ocurrido que tuviera derecho a opinar sobre el tema, hasta que Rubin me pidió que lo hiciera.

Si la decepcioné con mi respuesta, no me lo hizo notar. Me invitó a almorzar con ella y otras astrónomas, entre ellas la exadministradora de la NASA Nancy Grace Roman. Rubin mostró a las claras su admiración por Roman, de quien suele decirse que es «la madre del telescopio espacial Hubble». Fue toda una experiencia ver cómo una mujer que peinaba canas y había desvelado uno de los mayores misterios científicos de nuestro tiempo nos presentaba entusiasmada a su propia heroína.

El legado de Rubin se forjó en la década de 1960, cuando estudió el movimiento de rotación de las galaxias y halló algo extraño: las estrellas situadas en la periferia de las galaxias se movían más rápido de lo que debían, como si a la atracción gravitatoria de la materia ordinaria se sumase la de otra materia invisible [véase «Materia oscura en galaxias espirales», por Vera C. Rubin; Investigación y Ciencia, agosto de 1983]. Este resultado coincidía con los que había obtenido Fritz Zwicky a comienzos de los años treinta en sus estudios sobre cúmulos de galaxias, los cuales lo habían llevado a postular la existencia de Dunkle Materie («materia oscura» en alemán). A lo largo de los setenta, Rubin y el astrónomo Ken Ford publicaron una serie de datos que apoyaban esa conclusión, y a principios de la década siguiente ya se había llegado a un amplio consenso científico: la física tenía un problema con la materia oscura.

Los intentos de detectar la materia oscura en el laboratorio se dividen principalmente en tres categorías. Los experimentos de detección directa buscan colisiones entre partículas de materia oscura y partículas de materia ordinaria (por ejemplo, átomos de xenón), mediadas por la fuerza débil —una de las cuatro interacciones fundamentales— o alguna hipotética nueva fuerza. Los experimentos en colisionadores, como los que se llevan a cabo en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, adoptan el enfoque opuesto: hacen chocar dos partículas de materia ordinaria con la esperanza de que se produzcan partículas de materia oscura. Por último, los experimentos de detección indirecta tratan de observar las partículas que generaría la materia oscura al chocar consigo misma.

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