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El misterio que ata a las estrellas

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El misterio que ata a las estrellas

Resumen:

Casi el 95% de la materia y energía del universo es invisible.

Vera Rubin, fallecida este 26 de diciembre, fue clave a la hora de describir la materia oscura.

El Gran Colisionador de Hadrones del CERN trata ahora de buscar indicios de su presencia.

En esta ronda de funcionamiento se ha aumentado la potencia del dispositivo. “Estamos ante las puertas de una nueva física”, señala uno de los máximos responsables del CERN.

La materia oscura permite explicar la manera inesperada en que rotan las estrellas.

Sin embargo, hay una reciente teoría que no sólo descarta la existencia de la materia oscura, sino la de la propia gravedad.

 

Cuántos necios se han preguntado por qué no se caen las estrellas del cielo?”. La voz de Hipatia de Alejandría resuena así en el Ágora en la homónima película de Alejandro Amenábar (2009), que está lejos de ser un tratado sobre materia oscura.

La astrónoma griega creía que los astros estaban contenidos en un círculo, girando alrededor de la Tierra. Más de 2.000 años después, otra científica volvió a plantearse la pregunta de los necios. Las estrellas no se caen pero, de alguna manera poética, deberían.

Vera Rubin (Filadelfia, 1928 – Princeton, 2016) se dio cuenta de algo insólito: alrededor de los centros galácticos, las estrellas (y todo lo demás) giran a la misma velocidad angular que las que están más lejos del centro de esos sumideros que hacen girar todo (variación de la velocidad frente al radio). Eso contradice las leyes de la Física conocida, que apunta que lo que está más lejos del centro debería ir más lento, como ocurre con los planetas más alejados de nuestro Sol. Dicho en términos más exactos: el movimiento de la materia de una galaxia espiral no sigue las leyes de Kepler.

Recreación del movimiento de una galaxia espiral.

Recreación del movimiento de una galaxia espiral. Rubin se dio cuenta de que los astros más lejanos al centro se movían a la misma velocidad que los cercanos. Eso no tenía sentido dentro de las leyes de Kepler Armhest College

¿Qué ata a las estrellas? ¿Qué las frena y acelera más allá de un agujero negro? “Tiene que ser una fuente de gravedad. Y sabemos que son los objetos con masa los que pueden generarla”, apunta el director de Investigación y Computación del CERN, Eckhard Elsen. “Eso es lo que conocemos como materia oscura“, apostilla el científico, que visitó en noviembre Madrid para exponer los primeros resultados obtenidos por el laboratorio en la Fundación BBVA.

La materia oscura es lo que no vemos y no comprendemos. El problema es que constituye la inmensa mayoría del Cosmos.

La materia oscura viene a ser todo lo que no vemos y no comprendemos. El problema es que constituye la inmensa mayoría del cosmos. “Actualmente sólo conocemos el 5 por ciento de la densidad del universo. Estrellas, planetas, etcétera. La mayoría de lo que hay es materia y energía oscura. O lo que es lo mismo, la masa que parece haber no se corresponde con las partículas conocidas”, señala Elsen.

Cazar la materia oscura es uno de los objetivos actuales del Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN: un tubo de 27 kilómetros donde se ponen a chocar partículas subatómicas a velocidades cercanas a las de la luz. De esos impactos surgen otras más pequeñas. Y cada partícula tendría una siamesa, con más masa pero sin luz ni carga eléctrica: supersimetría.

Toque y arrastre para ver la imagen. | Parte del LHC, CERN

 

En el LHC se descubrió el bosón de Higgs hace cuatro años. Ahora opera a muchas más potencia, lo cual ha permitido batir varios récords en la cosecha de datos. Está por verse qué se saca en claro de todo ello. “Hemos doblado nuestras expectativas. Esto nos permite afinar mucho más. Con todo lo recabado estamos listos para hablar de una nueva Física. Hay resultados espectaculares que están empezando a surgir”.

¿Materia oscura en laboratorio? “No podemos especular”: Elsen es cauto. Los humanos hemos descubierto hasta ahora 17 partículas distintas. Los choques que se producen en el LHC pretenden recrear las condiciones del Big Bang inicial. Porque esa materia tuvo que surgir ahí. Pero aún es pronto.

La idea de la materia oscura nos permite cuadrar en parte el gran puzle de la gravedad

La idea de la materia oscura nos permite cuadrar en parte el gran puzle de la gravedad. Un rompecabezas aún por resolver. La podríamos imaginar como un mejunje de partículas invisibles (no emiten ni absorben radiación electromagnética) que están flotando por el espacio y que hace que las ecuaciones funcionen. Se han bautizado como WIMP (en inglés, siglas de partículas masivas de interacción débil). No son ni electrones ni protones ni neutrones. Tienen masa, pero no se relacionan con el resto de la materia de manera normal.

Mapa de la materia oscura de 2015

Mapa de la materia oscura de una región de cielo. En azul, las zonas con menos materia observable. V. Vikram

¿Y si la materia oscura no existe?

Sin embargo ya hay otros teóricos como el físico Erik Verlinde, defensor de la teoría de cuerdas, que cree que la gravedad emerge. No la genera esa materia oscura. Directamente, contradice a Einstein. La fuerza de la gravedad sería como la temperatura, que es sólo una manifestación del movimiento más rápido o lento de las moléculas.

En palabras del propio Verlinde, “el agua en su conjunto decimos que moja, es húmeda; las moléculas del agua, aisladamente, no. Percibimos la gravedad desde lejos, pero no la percibimos a nivel microscópico; puedes explicar de dónde viene, es emergente” igual que el agua, que moja, emerge esa humedad o la temperatura.

Aquí la gravedad aparece a partir de fragmentos de información almacenada en el propio espacio.

“Sabemos que el Modelo Estándar no basta para explicar el mundo que nos rodea y la de la materia oscura no es más que una pregunta para la que debe hallarse una respuesta, y en la que unen fuerzas varias áreas de la ciencia”. Muchos de estos hallazgos “tendrían profundas implicaciones filosóficas”.

Puede que la materia oscura no exista. Puede que estén en camino más dolores de cabeza para los científicos. Serán jaquecas dulces: no hay que descartar que de estos choque surjan nuevos bosones de Higgs más masivos o miniagujeros negros. Hasta, incluso, pequeñas portezuelas a otras dimensiones.

“Lo más bello de todo esto es cuando descubres lo inesperado, vas una y otra vez a los datos, a los resultados de los experimentos, y ves algo que no debería estar ahí. Si miras a la historia de la Física te das cuenta de que algunos de los fundamentos del modelo estándar vinieron de esas sorpresas”. Es lo que le ocurrió a Vera Rubin, a la que no creyeron hasta que, una y otra vez, no consiguieron refutarla.

La física teórica tiene ciertas ventajas como que permite –matemática en mano– soñar. Y no hay un resultado soñado: “Es cuestión de gusto personal”.