La búsqueda de la materia oscura y lo que hemos descubierto hasta ahora

Cerca del 85 % de la materia del universo es "materia oscura", un material desconocido que no puede ser observado a simple vista pero que tiene una inmensa influencia en el cosmos. ¿Qué es exactamente esta extraña materia y cuál es su relación con nuestra existencia? La astrofísica Risa Wechsler analiza por qué la materia oscura puede ser la clave para entender cómo se formó el universo, y revela que físicos en laboratorios de todo el mundo están ideando formas creativas de estudiarla.

¿Piensan a veces en lo que pasaría
si el mundo fuera un tanto diferente?

¿Cuán distintas serían sus vidas

si fueran a nacer dentro de 5000 años
en vez de en la actualidad?

¿Cómo cambiaría la historia

si los continentes estuvieran
a distintas latitudes,

o cómo se habría desarrollado
la vida en el sistema solar

si el Sol fuera un 10 % más grande?

Me dedico a barajar
este tipo de posibilidades,

pero con el universo en su totalidad.

Diseño modelos de universo
en un ordenador.

Universos digitales
con diferentes orígenes

y con diferentes proporciones
de diferentes tipos de material.

Y después comparo
estos universos con el nuestro

para averiguar de qué está hecho
y cómo evolucionó.

Este método de poner a prueba modelos
con mediciones del cosmos

nos ha enseñado mucho acerca
de nuestro universo.

Una de las cosas más curiosas
que hemos descubierto

es que una gran parte
de la materia del universo

está compuesta de algo
totalmente diferente a nosotros.

Pero sin ella

no existiría el universo
tal y como lo conocemos.

Todo lo que los telescopios
permiten observar

constituye apenas el 15 %
de la materia total del universo.

El resto, el 85 %,

no emite ni absorbe luz.

No podemos verla con nuestros ojos,

no podemos detectarla con ondas de radio,
microondas o cualquier otro tipo de luz.

Pero sabemos que está ahí
por su efecto en lo que podemos ver.

Es como si fuéramos a mapear la superficie
de nuestro planeta y todo lo que contiene

a partir de esta imagen nocturna
de la Tierra desde el espacio.

Los puntos con luz nos sirven de pista,
pero no se distingue gran cosa,

como a personas o cordilleras.

Hemos de averiguar qué hay
con esas pocas pistas.

Esta materia invisible
es la "materia oscura".

La mayoría de gente sabe de su existencia,

pero, aunque hayan oído hablar de ella,

puede parecer algo abstracto y distante,

incluso irrelevante.

Lo asombroso es que la materia oscura
está en todas partes,

puede que incluso aquí mismo.

De hecho, puede que las partículas
de materia oscura

atraviesen sus cuerpos
mientras están sentados en esta sala.

Porque estamos en la Tierra,
la cual gira alrededor del Sol,

y el Sol atraviesa nuestra galaxia
a unos 800 000 km por hora.

Pero la materia oscura no colisiona
con nosotros; nos atraviesa.

¿Cómo podemos averiguar más sobre ella?

¿Qué es y cuál es su relación
con nuestra existencia?

Para poder averiguar
cómo llegamos a existir,

primero tenemos que entender
cómo surgió nuestra galaxia.

Esta es una imagen de nuestra galaxia,
la Vía Láctea, en la actualidad.

¿Qué aspecto tenía
hace 10 000 millones de años,

o qué aspecto tendrá
en 10 000 millones de años?

¿Qué cuenta la historia de los cientos
de millones de otras galaxias

que ya hemos mapeado
con amplios estudios del firmamento?

¿Cómo cambiarían sus historias
si el universo tuviera otra composición,

o si tuviera más o menos materia?

Lo interesante de estos
modelos de universo

es que nos permiten explorar
esas posibilidades.

Volvamos al instante inicial del universo,

tan solo una fracción de segundo
después del Big Bang.

En ese instante inicial,
no existía la materia.

El universo se expandía muy rápido.

Y la mecánica cuántica sostiene

que la materia se crea y se destruye
continuamente, en todo momento.

En ese instante,

el universo se expandía tan rápido
que la materia creada no podía destruirse.

Y por eso creemos que toda la materia
fue creada en ese instante.

Tanto la materia oscura

como la materia común
de la que estamos compuestos.

Retrocedamos un poco más,

hasta el instante posterior
a la creación de la materia,

cuando se formaron
los protones y los neutrones

y cuando se formó el hidrógeno,

a unos 400 000 años del Big Bang.

El universo estaba caliente,
era denso y muy uniforme,

pero no completamente uniforme.

Esta imagen, tomada con un telescopio
espacial llamado satélite Planck,

nos muestra la temperatura
del universo en cualquier dirección.

Y lo que vemos

es que había lugares un poco
más calientes y densos que otros.

Los puntos en la imagen

representan zonas con más o menos masa
en el universo primario.

Esos puntos se ampliaron
debido a la gravedad.

El universo se expandió
y perdió densidad en su totalidad

hace 13 800 millones de años.

Pero la gravedad ejerció su fuerza
en los puntos donde había más masa

y atrajo una mayor cantidad
de materia a esas zonas.

Todo esto es un tanto difícil de imaginar,
así que les mostraré lo que quiero decir.

Los modelos de ordenador que mencioné
nos permiten probar estas ideas.

Echemos un vistazo a uno de ellos.

Este vídeo, creado por
mi grupo de investigación,

muestra lo que ocurrió en el universo
tras sus primeros instantes.

El inicio del universo
fue bastante armonioso,

pero algunas zonas tenían más materia.

La gravedad se puso en marcha
y atrajo cada vez más materia

a los puntos que ya tenían
niveles altos desde un principio.

Con el tiempo,

hay suficiente materia en un punto
para que el gas de hidrógeno,

que al principio estaba bien mezclado
con la materia oscura,

comience a separarse de ella,
se enfríe, forme estrellas

y surja una galaxia enana.

Con el tiempo, a lo largo de miles
de millones de años,

esas galaxias enanas colisionan,

se fusionan y se expanden
hasta convertirse en galaxias más grandes,

como nuestra propia galaxia,
la Vía Láctea.

¿Y si no hay materia oscura?

Sin materia oscura, esos puntos
nunca se vuelven lo bastante densos.

Se ha demostrado

que hace falta al menos un millón de veces
la masa del Sol en una zona densa,

para que se puedan formar estrellas.

Y sin materia oscura, nunca hay
suficiente materia en un punto.

Aquí vemos dos universos,
uno junto al otro.

En uno de ellos, las condiciones
se vuelven densas muy rápido.

En ese universo, es muy probable
que se formen galaxias.

En el otro universo,

las pequeñas masas que se forman
se mantienen muy reducidas.

No ocurre gran cosa.

En ese universo, no llegaría a formarse
nuestra galaxia ni ninguna otra galaxia.

No se formarían la Vía Láctea ni el Sol;
no surgiríamos nosotros.

No existiríamos en ese universo.

Entonces, esta materia extraña,
la materia oscura,

es gran parte de la masa del universo,

nos atraviesa ahora mismo,
no estaríamos aquí sin ella.

¿Qué es?

Bueno, no tenemos ni idea.

Pero tenemos un montón
de conjeturas fundamentadas,

y muchas ideas sobre cómo averiguar más.

La mayoría de los físicos piensan
que la materia oscura es una partícula,

similar en cierto modo a las partículas
subatómicas que conocemos,

como los protones, neutrones y electrones.

Sea lo que sea,

se comporta de un modo muy similar
con respecto a la gravedad.

Pero no emite ni absorbe luz

y atraviesa la materia común
como si ni siquiera estuviera allí.

Nos gustaría saber
qué tipo de partícula es.

Por ejemplo, ¿cuánto pesa?

¿Ocurre algo si interactúa
con la materia común?

Los físicos tienen muchas buenas ideas
sobre lo que podría ser,

tienen mucha imaginación.

Pero es un tema difícil,
son ideas de muy amplio espectro.

Podría ser tan pequeña como las partículas
subatómicas más diminutas,

o podría ser tan grande
como la masa de 100 Soles.

¿Cómo averiguamos qué es?

Los físicos y astrónomos tienen
varios modos de detectar materia oscura.

Una de las cosas que estamos haciendo

es instalar detectores sensibles
en minas subterráneas profundas,

con la esperanza de que
una partícula de materia oscura,

que nos atraviesa
a nosotros y a la Tierra,

colisione con un material más denso
y deje algún rastro de su paso.

Buscamos materia oscura en el firmamento

con la esperanza de que las partículas
de materia oscura colapsen

y generen luz de alta energía

que podríamos detectar con telescopios
especiales de rayos gamma.

Tratamos incluso de crear
materia oscura aquí en la Tierra:

fusionamos partículas
y observamos lo que sucede,

con el uso del Gran Colisionador
de Hadrones en Suiza.

Hasta el momento,

estos experimentos nos han hecho entender
lo que la materia oscura no es,

si bien, no lo que es.

Había muy buenas ideas
sobre lo que la materia oscura podría ser

que estos experimentos demostrarían,
pero de momento no ha sido posible.

Debemos seguir buscando
y estudiando más a fondo.

Otra forma de lograr entender
qué es la materia oscura

es el estudio de las galaxias.

Ya hemos hablado de cómo nuestra galaxia
y muchas otras galaxias

ni siquiera existirían
sin la materia oscura.

Esos modelos también predicen
muchas otras cosas sobre las galaxias:

cuál es su distribución en el universo,

cómo se mueven,
cómo evolucionan en el tiempo.

Y podemos probar esas predicciones
con observaciones del firmamento.

Les voy a poner dos ejemplos

del tipo de mediciones
que podemos hacer con las galaxias.

El primero es que podemos hacer
mapas del universo con galaxias.

Formo parte de un proyecto
llamado "Dark Energy Survey",

que ha elaborado el mayor mapa
del universo hasta ahora.

Medimos la ubicación y forma
de 100 millones de galaxias

en una octava parte del firmamento.

Este mapa nos muestra toda la materia
en esa zona del firmamento,

que se calcula por la luz distorsionada
de esos 100 millones de galaxias.

La luz distorsionada por toda la materia
entre esas galaxias y nosotros.

La gravedad de la materia es tan fuerte
que desvía el trayecto de la luz.

Y nos da esta imagen.

Este tipo de mapas nos indican
cuánta materia oscura hay;

también indican dónde está
y cómo cambia en el tiempo.

Intentamos averiguar de qué está hecho
el universo a una gran escala.

Resulta que las galaxias
más pequeñas del universo

nos dan algunas de las mejores pistas.

¿Y eso por qué?

Estos son dos ejemplos
de universos simulados

con dos tipos distintos de materia oscura.

Ambas imágenes muestran una zona
en una galaxia como la Vía Láctea.

Puede verse una gran cantidad
de otro material a su alrededor,

pequeñas acumulaciones.

En la imagen de la derecha,

las partículas de materia oscura se mueven
más despacio que en la de la izquierda.

Si las partículas de materia oscura
se mueven de forma acelerada,

la gravedad en los pequeños cúmulos
no es lo bastante fuerte

como para ralentizar
las partículas aceleradas.

Y siguen en movimiento.

Nunca colapsan en pequeños cúmulos.

Por tanto, se obtienen menos cúmulos
que en el universo de la derecha.

Sin esos pequeños cúmulos,
se obtienen menos galaxias enanas

Al observar el cielo austral,

se pueden apreciar
dos de estas galaxias enanas,

las galaxias enanas más grandes
que orbitan nuestra Vía Láctea:

la Gran Nube de Magallanes
y la Pequeña Nube de Magallanes.

En los últimos años, hemos detectado
muchas galaxias aún más pequeñas.

Este es un ejemplo de una de ellas,

detectada con el mismo estudio
que usamos para hacer mapas del universo.

De entre estas galaxias
realmente pequeñas,

algunas de ellas son sumamente pequeñas.

Algunas tienen tan solo
unos pocos cientos de estrellas,

comparadas con los miles de millones
de estrellas de nuestra Vía Láctea.

Eso hace muy difícil encontrarlas.

Pero en la última década,

hemos encontrado muchas más.

Ya conocemos 60 galaxias enanas
que orbitan nuestra Vía Láctea.

Y estas enanas aportan muchas pistas
sobre la materia oscura.

Porque la mera existencia
de estas galaxias

indica que la materia oscura
no debe moverse muy rápido,

y no debe de ocurrir gran cosa
cuando se encuentra con la materia común.

En los próximos años, vamos a hacer mapas
mucho más precisos del firmamento.

Y eso ayudará a refinar nuestras
simulaciones del universo en su conjunto

y de toda la galaxia.

Los físicos también están llevando a cabo
nuevos experimentos más precisos

para intentar detectar algún signo
de materia oscura en sus laboratorios.

La materia oscura
todavía es un gran misterio.

Pero es un momento muy interesante
para trabajar en ello.

Tenemos pruebas muy claras de que existe,

a escala de las galaxias más pequeñas
y a escala del universo en conjunto.

¿Llegaremos a encontrarla
y a saber qué es?

No tengo ni idea.

Pero será muy interesante averiguarlo.

Tenemos muchas posibilidades
de descubrirlo,

y sin duda averiguaremos más
sobre lo que hace y lo que no hace.

Aunque no encontremos
esa partícula en breve,

espero haberlos convencido

de que es un misterio
que está muy cerca de casa.

La búsqueda de la materia oscura

podría ser la clave para una nueva
comprensión de la física

y de nuestro lugar en el universo.

Gracias.

(Aplausos)