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El Universo invisible

A lo largo de la historia de las principales civilizaciones, observar el cielo y estudiar los movimientos y/o comportamiento de las estrellas, planetas, asteroides y cometas, además de fascinante, ha sido fundamental para actividades como la agricultura y la navegación.

El reconocido astrónomo y divulgador Carl Sagan formuló en su programa de televisión Cosmos, que “el número total de estrellas en el Universo es mayor que todos los granos de arena en todas las playas del planeta Tierra”, lo cual da una muestra de la inmensidad del Espacio.

Sin embargo, hoy los físicos, astrofísicos, astrónomos y matemáticos tienen una nueva fascinación y reto de estudio, porque han descubierto que los miles de millones de estrellas, planetas, asteroides y planetas que existen, sólo representan 4 por ciento del total del Cosmos. Hay un 96 por ciento del Universo que es invisible para los humanos, al cual se le ha denominado materia oscura y energía oscura.

¿Pero cómo saben que existe algo más si no lo podemos ver?

En la segunda década del siglo pasado, el astrónomo Edwin Hubble observó que las galaxias se alejan unas de otras. Después de diversos estudios, los científicos comprobaron que el Universo se está expandiendo, lo cual resulta extraño, pues si sólo estuviera compuesto de galaxias, estrellas, planetas y demás cosas que ya conocemos, no debería estar expandiéndose. Por lo tanto, se sabe que allá afuera hay algo más que está provocando ese fenómeno, a lo cual se le ha denominado energía oscura.

También hay cosas en el espacio exterior que tienen fuerza de gravedad y que producen una atracción sobre la materia, como las estrellas y las galaxias. La astrónoma Vera Rubin Cooper, en la década de los 70 del siglo pasado, descubrió que la rotación de las estrellas dentro de una galaxia es similar, sin importar qué tan alejadas estuvieran del centro, por lo cual debía haber algo que provocara ese comportamiento, a lo cual se le denominó materia oscura.

Hoy los científicos de varias partes del mundo, incluido los investigadores del Cinvestav, desarrollan diversas estrategias para estudiar ese 96 por ciento del Universo desconocido.

Agradecemos la colaboración de: Mauricio López Romero y Tonatiuh Matos Chassin, investigadores del Cinvestav, por su apoyo para la realización de esta exposición­

¿De qué está hecho el Universo?
Energía oscura
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1. Hasta finales del siglo pasado se creía que el Universo estaba compuesto fundamentalmente de vacío y de materia ordinaria. Sin embargo, observaciones apuntan a la existencia de grandes cantidades de un tipo de materia con propiedades muy extrañas, denominada materia oscura.

A diferencia de la materia ordinaria, la oscura no interacciona con la radiación electromagnética, por lo que no puede ser percibida a simple vista, tampoco con microscopios o telescopios. Un componente aún más abundante en el Universo es la llamada energía oscura, porque hay cuatro veces más de esta que materia oscura. Esta energía es relacionada íntimamente con las propiedades del vacío y muestra un comportamiento antigravitacional.

2. Debido a que el Universo se expande, en el pasado la densidad volumétrica promedio de materia ordinaria era mayor que en la actualidad y la cantidad de vacío menor. Esta condición hacía que la fuerza de atracción gravitacional de la materia ordinaria dominara sobre la fuerza repulsiva del vacío, haciendo que el Universo se expandiera con aceleración negativa.

En la actualidad la situación se ha invertido, la densidad de materia ordinaria ha decrecido por debajo de cierto punto de equilibrio, mientras que la cantidad de vacío ha aumentado. Esto hace que la fuerza antigravitacional de la energía oscura domine sobre la fuerza de atracción gravitacional, dicho desequilibrio provoca la expansión acelerada del Universo que actualmente puede observarse.

Materia oscura
Cinvestav investigando el Universo
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3. Al tomar en cuenta la cantidad de materia ordinaria contenida en las galaxias, la gravitación newtoniana predice que la velocidad de rotación de las estrellas alrededor del núcleo de la galaxia debe disminuir conforme aumenta la distancia al centro de la misma.

Sin embargo, observaciones experimentales indican que la velocidad de rotación de las estrellas alrededor del núcleo es la misma, independientemente de la distancia al centro de la galaxia. Para resolver esta discrepancia es necesario asumir la existencia de materia adicional que no se observa con los grandes telescopios, llamada materia oscura, la cual debe estar distribuida en forma esférica envolviendo toda la galaxia, formando un halo alrededor de ella y cuya densidad disminuye inversamente con el cuadrado de la distancia al núcleo.

4. La materia oscura fría considerada en el Modelo Estándar de la física, tiene varios ­­­problemas con observaciones actuales de alta precisión.

En 1998, investigadores del Cinvestav propusieron una alternativa llamada Modelo de Materia Escalar, el cual resuelve los problemas de CDM a escala galáctica y actualmente goza de gran aceptación entre la comunidad científica internacional.

Ondas gravitacionales
 
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5. Los experimentos Ligo y Virgo han detectado once eventos relacionados con las ondas gravitacionales, de éstos, diez son producto de la fusión de agujeros negros y uno de la colisión de estrellas de neutrones. La tecnología actual ha permitido realizar mediciones de las ondas gravitacionales, comparables a la milésima del diámetro de un protón.

El primer evento detectado ocurrió el 14 de septiembre de 2015; sin embargo, el de mayor intensidad se registró el 29 de julio de 2017, cuando se detectó la fusión de dos agujeros negros de mayor tamaño (en comparación con el primer evento) que emitieron radiación gravitacional equivalente a cinco masas solares.

 

 

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