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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

Más oscuridad sobre la materia oscura

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La física es probablemente el mejor ejemplo de lo que todas las ciencias deberían ser. El continuo toma y daca entre teoría y observación la convierten en una ciencia muy sólida, precisamente porque se encuentra siempre al borde de desecharlo todo, si es necesario, y comenzar de nuevo con frescas teorías que intenten acomodar todas las observaciones sobre el universo. En esta situación de riesgo se encuentra ahora nada menos que una parte de las teorías derivadas de las ecuaciones de Einstein sobre el comportamiento del universo, y en particular la existencia o no de la llamada materia oscura.

La materia oscura, que nadie ha detectado directamente todavía (y que precisamente por eso se sigue denominando materia oscura), fue postulada en 1933 por el astrónomo Fritz Zwiky tras medir la velocidad de un cúmulo de galaxias y relacionarla con la masa que dicho cúmulo debía poseer de acuerdo a su luminosidad, es decir, de acuerdo a la cantidad de estrellas de cada galaxia. Sus cálculos demostraron que la masa de ese cúmulo debía ser muy superior a la estimada por su luminosidad ya que, de otra forma, las galaxias no podrían mantenerse unidas por gravedad a la velocidad a la que se movían. Esto le condujo no a negar las ecuaciones de Einstein, que habían sido confirmadas por otros medios, sino a postular la existencia de una misteriosa materia no luminosa que suponía, al menos, el 83% de la masa total de las galaxias. Según Zwiky el universo estaba lleno de una misteriosa materia oscura que no interaccionaba con ninguna forma de luz, es decir, más que oscura, transparente, pero que se manifiesta por la fuerza de atracción gravitatoria que ejercía sobre toda la materia, luminosa o no.

Por supuesto, la física no se conforma con una deducción a partir de una sola observación. La propuesta de Zwiky ha sido explorada por otros medios que no han encontrado resultados contradictorios. Hasta ahora, las observaciones, aunque no han sido capaces de confirmar la existencia de la materia oscura directamente, han sido también incapaces de desechar su existencia como la mejor explicación para los fenómenos astronómicos observados.

Solo hasta ahora.

Una nueva observación viene a derramar dudas sobre la existencia de la materia oscura y, por extensión, sobre las ecuaciones de la relatividad general de Einstein, nada menos. Aunque las predicciones de Einstein sobre la deformación del espacio-tiempo por la materia han sido confirmadas una y otra vez, incluso muy recientemente, al parecer el grado de deformación del espacio- tiempo con la distancia a una masa central es lo que esta nueva observación pone en duda, lo que, en términos más comprensibles, es como poner en duda que la fuerza de la gravedad desciende siempre de manera proporcional al cuadrado de la distancia.
Las nuevas observaciones que desafían esta ley universal, y que quizá logren que sea sustituida por otra más refinada, han sido realizadas por el astrónomo estadounidense Stacy McGaugh. Este investigador no pretendía acabar con la teoría de la relatividad general. Nada más lejos de su intención. Su objetivo era mucho más modesto. El Dr. MacGaugh solo buscaba confirmar o refutar una modesta ley del comportamiento de las galaxias, deducida, como todas las leyes de la ciencia, a partir de observaciones anteriores, en este caso realizadas por dos astrónomos también estadounidenses, Brent Tully y Richard Fisher. Por esta razón a esta ley se la conoce con el nombre de ley de Tully-Fisher.

¿Qué dice esta ley? La ley de Tully-Fisher establece que la masa visible de una galaxia espiral, como la nuestra, la Vía Láctea, medida en masas solares, es proporcional a la velocidad de rotación de sus estrellas, medida en kilómetros por segundo, elevada a la potencia 4. El Propio Stacy MacGaugh, ya en 1994, había confirmado esta ley para las galaxias espirales. Esto significaba que la distribución de materia oscura y de materia luminosa era similar en todas las galaxias espirales, porque, de no ser así, las estrellas no girarían siempre con una velocidad relacionada con la masa visible, debido a la diferente fuerza de la gravedad generada por la materia oscura.

Así pues, esta ley era, al parecer, dependiente de una distribución similar de materia oscura y luminosa en las galaxias. Esto hizo pensar al Dr. MacGaugh que en otro tipo de galaxias no espirales, en las que ambas clases de materia estuvieran desigualmente distribuidas, esta ley no se cumpliría. El Dr. MacGaugh se puso manos a la obra y determinó la luminosidad (relacionada directamente con la masa visible) y la velocidad de rotación de las estrellas alrededor del centro galáctico de 47 galaxias no espirales. Aquí es donde surgió la sorpresa porque esas 47 galaxias cumplen también a rajatabla la ley de Tully–Fisher, que parece ser ahora una ley más universal de lo que se sospechaba.

¿Qué implicaciones tiene este hallazgo? Una importantísima es que no es necesario postular la existencia de materia oscura par explicar el comportamiento dinámico de las estrellas en las galaxias. De hecho, dicho comportamiento parece incompatible con la existencia de materia oscura.

Por supuesto, es todavía muy prematuro concluir que esta observación por sí sola pueda acabar con todo el edificio de la física cosmológica construido hasta ahora. Sin embargo, la observación de un solo cuervo blanco es suficiente para echar por tierra la hipótesis de que todos los cuervos son negros. ¿Sucederá lo mismo en este caso?

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