Materia oscura, material no luminoso que no se puede detectar directamente observando la radiación electromagnética en cualquier rango, sino que su existencia, distribuida por todo el Universo, es sugerida por ciertas consideraciones teóricas. Determinar si la materia oscura existe es uno de los problemas más apasionantes de la astrofísica moderna.
Hay tres consideraciones teóricas principales que sugieren la existencia de la materia oscura. La primera se basa en la velocidad de rotación de las galaxias. Las galaxias cercanas a la Vía Láctea parecen girar más rápido de lo que cabría esperar por la cantidad de materia visible que parece haber en ellas. Muchos astrónomos creen que hay suficientes pruebas para pensar que más del 90% de la materia de una galaxia típica es invisible.
La segunda consideración teórica se basa en la existencia de cúmulos de galaxias. Muchas galaxias en el Universo se agrupan en estos cúmulos. Algunos astrónomos argumentan que si se aceptan ciertas suposiciones razonables —específicamente, que las galaxias agrupadas se mueven juntas por la gravedad y que los cúmulos se formaron hace millones de años— se deduce que más del 90% de la materia de un determinado cúmulo es materia oscura; de otra forma, los cúmulos no tendrían materia suficiente para mantener juntas las galaxias y ya se habrían separado.
La tercera consideración teórica que sugiere que la materia oscura existe se basa en el modelo inflacionario del Big Bang (véase Cosmología). De los tres tipos de consideraciones que sugieren la existencia de la materia oscura, ésta es la más polémica. Conforme a la idea de inflación cósmica, el Universo atravesó un periodo de expansión extremadamente rápido cuando era muy joven (véase Teoría inflacionaria). No obstante, si el modelo inflacionario del Big Bang es correcto, entonces la constante cosmológica que describe la expansión del Universo se aproxima a 1. Para que esto ocurra, la masa total del Universo debe ser de más de 100 veces la cantidad de masa visible que parece existir.
Se supone que la materia oscura puede estar formada por neutrinos con masa, enanas marrones (objetos semejantes a las estrellas, más pequeños y más débiles que el Sol y que no están impulsados por reacciones nucleares), agujeros negros y partículas subatómicas exóticas, cuyas propiedades impiden su detección observando la radiación electromagnética.
En astrofísica y cosmología física se llama materia oscura a la materia hipotética de composición desconocida que no emite o refleja suficiente radiación electromagnética para ser observada directamente con los medios técnicos actuales pero cuya existencia puede inferirse a partir de los efectos gravitacionales que causa en la materia visible, tales como las estrellas o las galaxias, así como en las anisotropías del fondo cósmico de microondas. No se debe confundir la materia oscura con la energía oscura. De acuerdo con las observaciones actuales de estructuras mayores que una galaxia, así como la cosmología del Big Bang, la materia oscura constituye la gran mayoría de la masa en el Universo observable. Fritz Zwicky la utilizó por primera vez para declarar el fenómeno observado consistente con las observaciones de materia oscura como la velocidad rotacional de las galaxias y las velocidades orbitales de las galaxias en los cúmulos, las lentes gravitacionales de objetos de fondo por los cúmulos de galáxias así como el Cúmulo Bala (1E 0657-56) y la distribución de temperatura de gas caliente en galaxias y cúmulos de galaxias. La materia oscura también juega un papel central en la formación de estructuras y la evolución de galaxias y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación de fondo de microondas. Todas estas líneas de pruebas sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y el Universo como un todo contienen mucha más materia que la que interactúa con la radiación electromagnética: lo restante es llamado "el componente de materia oscura".
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