{"id":1179,"date":"2024-05-23T10:46:03","date_gmt":"2024-05-23T10:46:03","guid":{"rendered":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/?p=1179"},"modified":"2024-05-23T11:24:10","modified_gmt":"2024-05-23T11:24:10","slug":"desentranando-la-naturaleza-de-la-materia-oscura","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/desentranando-la-naturaleza-de-la-materia-oscura\/","title":{"rendered":"Desentra\u00f1ando la naturaleza de la materia oscura"},"content":{"rendered":"\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Katherine Freese, cosm\u00f3loga especializada en materia oscura, visita esta semana el IFT para discutir con sus expertos los principales retos de este campo de investigaci\u00f3n<\/strong><\/li><li><strong>La materia oscura, que no vemos pero constituye el 85% de la materia del universo, podr\u00eda estar formada de un nuevo tipo de part\u00edcula, o incluso de agujeros negros llamados primordiales.<\/strong><\/li><li><strong>Una de las predicciones m\u00e1s importantes de Freese son las estrellas oscuras, alimentadas en parte por materia oscura, y que podr\u00edan ya haber sido observadas por nuestros instrumentos.<\/strong><\/li><li><strong>La energ\u00eda oscura es casi un 70% de todo el contenido del universo y podr\u00eda explicar la expansi\u00f3n acelerada del mismo. Otra de las propuestas de Freese m\u00e1s interesantes es un modelo de expansi\u00f3n que podr\u00eda requerir modificar las ecuaciones de Einstein.<\/strong><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p><em>Escrito por: Joaqu\u00edn L\u00e1zaro Souverville<\/em><\/p>\n\n\n\n<p><strong><em>Madrid, 23 de mayo de 2024.<\/em><\/strong>&#8211; El pasado 21 de mayo, la cosm\u00f3loga experta en materia oscura Katherine Freese fue recibida por el Instituto de F\u00edsica Te\u00f3rica IFT UAM\/CSIC para impartir un coloquio para compartir las \u00faltimas investigaciones en materia oscura. Durante su conferencia, explic\u00f3 c\u00f3mo la descubrimos y tratamos de detectarla, de qu\u00e9 podr\u00eda estar hecha y c\u00f3mo se ha estudiado. Hablando de su propia investigaci\u00f3n, destac\u00f3 especialmente sus \u2018estrellas oscuras\u2019, aquellas que est\u00e1n formadas, en parte, de materia oscura como fuente de calor. En una entrevista concedida al IFT, Freese comparti\u00f3 algunos temas de los que habl\u00f3 en el coloquio, expandi\u00f3 algunos detalles sobre su trabajo y termin\u00f3 con algunos consejos para estudiantes de F\u00edsica.<\/p>\n\n\n\n<p>Katherine Freese es Profesora de F\u00edsica en la Universidad de Texas en Austin y profesora en la Universidad de Estocolmo. Ella describe su trabajo como el estudio de \u201clas part\u00edculas m\u00e1s peque\u00f1as del universo explicando las estructuras m\u00e1s grandes\u201d. Abarca cosmolog\u00eda, f\u00edsica de part\u00edculas y de qu\u00e9 est\u00e1 hecho el universo, centr\u00e1ndose especialmente en la materia oscura.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"683\" src=\"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/4-1024x683.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-1181\" srcset=\"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/4-1024x683.jpg 1024w, https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/4-300x200.jpg 300w, https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/4-768x512.jpg 768w, https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/4-1536x1024.jpg 1536w, https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/4-2048x1365.jpg 2048w, https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/4-930x620.jpg 930w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Qu\u00e9 es la materia oscura<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Freese describi\u00f3 la materia oscura como una sustancia extra\u00f1a, que no vemos directamente. Tan solo su influencia en objetos a su alrededor. \u201c<strong>Hay 5 veces m\u00e1s materia oscura que materia ordinaria en nuestra propia V\u00eda L\u00e1ctea<\/strong>. Si tomamos todo lo que conocemos sobre tu cuerpo, el aire, las paredes, el Sol, los planetas, todo lo que sabemos, todo hecho de \u00e1tomos, todo eso, suma solo el 5% del universo. Esto es incre\u00edble\u201d explic\u00f3 la investigadora \u201cY tenemos 25% materia oscura, 70% energ\u00eda oscura\u201d.<\/p>\n\n\n\n<p>El problema de la materia oscura tiene una historia de 90 a\u00f1os de estudio. Empez\u00f3 con Knut Lundmark y Fritz Zwicky en los a\u00f1os 30. Zwicky observ\u00f3 c\u00famulos de galaxias, y algunas parec\u00edan moverse demasiado r\u00e1pido si la \u00fanica atracci\u00f3n gravitatoria que sent\u00edan se deb\u00eda a la materia estelar observable. Zwicky fue quien acu\u00f1\u00f3 el t\u00e9rmino \u2018materia oscura\u2019 como propuesta para explicar este fen\u00f3meno: un nuevo tipo de materia que no podemos ver, pero que interact\u00faa por medio de la gravedad con su entorno. As\u00ed, habr\u00eda algo de atracci\u00f3n adicional que explicar\u00eda los movimientos de las galaxias.<\/p>\n\n\n\n<p>En los 70, la idea de la materia oscura fue m\u00e1s ampliamente aceptada en la comunidad cient\u00edfica gracias al trabajo de Vera Rubin. Ella observ\u00f3 que las estrellas orbitaban demasiado r\u00e1pido alrededor del centro de la galaxia, un problema semejante al que se encontr\u00f3 Zwicky 40 a\u00f1os antes. Y propuso la misma soluci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n<p>Estas fueron pruebas clave para el descubrimiento de la materia oscura, pero Freese se\u00f1al\u00f3 que hoy en d\u00eda tenemos muchas m\u00e1s para confirmar su existencia. Aunque la materia oscura no emita luz, s\u00ed la desv\u00eda, como cualquier cuerpo con masa. Esto hace que observemos lo que llamamos lentes gravitatorias, im\u00e1genes de cuerpos celestes distorsionadas por esta desviaci\u00f3n de la luz.<\/p>\n\n\n\n<p>Tambi\u00e9n destac\u00f3 el conocido como C\u00famulo Bala, dos c\u00famulos de galaxias en colisi\u00f3n en los que se puede observar c\u00f3mo el gas de ambos choca en el centro, pero la materia oscura pasa sin impacto alguno, atravesando tanto la materia ordinaria como la dem\u00e1s materia oscura. Al no tener interacci\u00f3n electromagn\u00e9tica con nada, ni consigo misma, no sufre ninguna colisi\u00f3n. Freese se\u00f1al\u00f3 este c\u00famulo como la mejor prueba de que <strong>estamos observando dos tipos de masas que se comportan de forma diferente<\/strong>. La materia ordinaria que podemos observar, y la materia oscura.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Candidatos a materia oscura: part\u00edculas o agujeros negros<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Dado que no conocemos la naturaleza de esta materia, el trabajo de cient\u00edficos como Freese se centra en averiguar de qu\u00e9 est\u00e1 hecha. La investigadora destac\u00f3 tres como los mejores candidatos: los WIMPs, los axiones y los agujeros negros primordiales.<\/p>\n\n\n\n<p>Los WIMPs son Part\u00edculas Masivas D\u00e9bilmente Interactuantes (o en ingl\u00e9s Weakly Interactive Massive Particles). Como su nombre indica, se tratan de part\u00edculas que, adem\u00e1s de experimentar la gravedad, tambi\u00e9n sienten fuerza d\u00e9bil, la interacci\u00f3n fundamental responsable de algunos tipos de radiactividad. Freese explica la raz\u00f3n de que sean candidatos prometedores: \u201cEn el universo temprano, podemos calcular cu\u00e1ntas part\u00edculas hab\u00eda de todos los tipos diferentes. Y si estas se aniquilaban a s\u00ed mismas con la fuerza d\u00e9bil, podemos preguntar cu\u00e1ntas quedan en el universo hoy en d\u00eda. Y el resultado es exacto para resolver el problema de la materia oscura\u201d.<\/p>\n\n\n\n<p>Por otra parte, los axiones son part\u00edculas elementales hipot\u00e9ticas que surgieron para resolver un problema de la mec\u00e1nica cu\u00e1ntica. Sin embargo, al estudiar las propiedades que tendr\u00edan,&nbsp; se comportar\u00edan como la materia oscura que observamos, y tendr\u00edan una masa que cuadrar\u00eda con la cantidad esperada de materia oscura. Freese se\u00f1al\u00f3 a los WIMPs y axiones como buenas opciones porque no se inventaron \u00fanicamente para resolver el problema de la materia oscura. \u201c<strong>Hay problemas en teor\u00eda de part\u00edculas que, al resolverlos, resultar\u00edan en estas part\u00edculas que tambi\u00e9n explican la materia oscura\u201d<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<p>Tambi\u00e9n habl\u00f3 de los agujeros negros primordiales. Explic\u00f3 c\u00f3mo en el universo temprano habr\u00eda fluctuaciones de densidad, regiones en las que se acumular\u00eda m\u00e1s masa que en otras. Si esa masa era suficiente, podr\u00eda colapsar en un agujero negro. La detecci\u00f3n de agujeros negros primordiales es algo que se ha planteado ante los resultados ofrecidos por LIGO (Laser Interferometry Gravitational-waves Observatory), un observatorio de ondas gravitatorias que podr\u00eda ser capaz de detectar estos candidatos a materia oscura.<\/p>\n\n\n\n<p>Al preguntarle cu\u00e1l de estos era su candidato favorito, Freese respondi\u00f3: <strong>\u201cNo soy capaz de elegir uno yo misma porque eso requerir\u00eda fe. En la ciencia tenemos que esperar a ver qu\u00e9 es la realidad\u201d<\/strong>. Aunque haya trabajado mucho con WIMPs, se\u00f1al\u00f3 la promesa de los axiones o los agujeros negros primordiales como buenos candidatos por igual.<\/p>\n\n\n\n<p>Ante la cuesti\u00f3n de c\u00f3mo detectar WIMPs o axiones, Freese describi\u00f3 dos tipos de detecci\u00f3n: directa e indirecta. La directa consiste en grandes detectores subterr\u00e1neos basados en c\u00e1lculos hechos por la misma Freese, entre otros. Han de estar bajo tierra para evitar falsos positivos detectando otras part\u00edculas que los atraviesen, como rayos c\u00f3smicos. Se est\u00e1n realizando esfuerzos con estos detectores para que en los pr\u00f3ximos a\u00f1os se logre alguna observaci\u00f3n, y Freese indic\u00f3 que el detector DAMA en Italia ya est\u00e1 dando resultados prometedores.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Detecci\u00f3n indirecta mediante rayos gamma y el experimento Fermi-LAT<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Por otro lado, Freese aclar\u00f3 que existen otras formas innovadoras de detectar materia oscura indirectamente. Un claro ejemplo que destac\u00f3 es el Telescopio de Gran \u00c1rea (LAT), a bordo del sat\u00e9lite Fermi de la NASA. Con \u00e9l, buscan se\u00f1ales de aniquilaci\u00f3n de materia oscura en forma de rayos gamma procedente de sitios que puedan tener mucha materia oscura, como el centro de nuestra galaxia. En lugar de la detecci\u00f3n directa de las part\u00edculas de materia oscura, se trata de la detecci\u00f3n indirecta de los productos de sus interacciones. El investigador del IFT <a href=\"https:\/\/www.ift.uam-csic.es\/es\/news\/el-investigador-del-ift-miguel-s%C3%A1nchez-conde-nombrado-coordinador-cient%C3%ADfico-adjunto-de-la\"><strong>Miguel \u00c1ngel S\u00e1nchez Conde<\/strong><\/a> es Coordinador Cient\u00edfico Adjunto de esta colaboraci\u00f3n Fermi-LAT, participando en este esfuerzo internacional por discernir si estas se\u00f1ales de rayos gamma se tratan de otros sucesos, o son se\u00f1ales de materia oscura.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Estrellas alimentadas por materia oscura: las estrellas oscuras<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Parte del trabajo de Freese en materia oscura trata con un tipo de objeto que ella misma propuso en 2007, junto con Paolo Gondolo y Douglas Spolyar: <a href=\"https:\/\/arxiv.org\/abs\/0709.2369\">las estrellas oscuras<\/a>. Lo primero en lo que Freese insisti\u00f3 al explicar qu\u00e9 son sus estrellas oscuras es que <strong>no est\u00e1n hechas de materia oscura<\/strong>. Est\u00e1n hechas de materia ordinaria, hidr\u00f3geno y helio, y un poco de materia oscura. Lo que hace esta materia oscura es proporcionar una fuente de calor.<\/p>\n\n\n\n<p>El Sol y las dem\u00e1s estrellas ordinarias tienen fusi\u00f3n en sus n\u00facleos, fusionan hidr\u00f3geno en helio y generan energ\u00eda que las mantienen luminosas y calientes. Esto no sucede con las estrellas oscuras. Seg\u00fan Freese, ser\u00edan las primeras estrellas en formarse en el centro de objetos protogal\u00e1cticos, futuras galaxias en el universo temprano. Al encontrarse en regiones con mucha materia oscura, tambi\u00e9n habr\u00eda mucha aniquilaci\u00f3n de la misma. Esta aniquilaci\u00f3n significa que se juntan dos part\u00edculas de materia oscura, y otras part\u00edculas distintas salen de esa interacci\u00f3n. Esas part\u00edculas tienen energ\u00eda, y al quedarse atascadas en las nubes de hidr\u00f3geno y helio, las convierte en una estrella que Freese describi\u00f3 como muy extra\u00f1a.<\/p>\n\n\n\n<p>Pueden medir de ancho 10 veces la distancia de la Tierra al Sol. Su masa empieza semejante a la del Sol, pero puede continuar creciendo hasta ser un mill\u00f3n de veces m\u00e1s masiva, y mil millones de veces m\u00e1s luminosa. Esto significa que son observables, ya que pueden ser tan brillantes como toda una galaxia.<\/p>\n\n\n\n<p>El James Webb Space Telescope (JWST), el telescopio m\u00e1s potente en funcionamiento lanzado en enero de 2022, podr\u00eda detectarlas, ya que es capaz de observar objetos muy lejanos, pertenecientes al universo temprano. Freese indic\u00f3 que <strong>ya ha encontrado objetos que podr\u00edan ser estrellas oscuras<\/strong>: \u201cHemos identificado algunos candidatos que tendr\u00edan el espectro adecuado\u201d. A\u00fan no se puede confirmar por falta de informaci\u00f3n, como si se trata de objetos puntuales, que ser\u00eda el caso de las estrellas oscuras, o extensos, como una galaxia. Pero Freese expres\u00f3 su optimismo sobre futuras observaciones del James Webb. Considera que podremos observar objetos m\u00e1s cuidadosamente y determinar si realmente son estrellas oscuras.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>Energ\u00eda oscura<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Freese describi\u00f3 la energ\u00eda oscura como algo que <strong>est\u00e1 causando la aceleraci\u00f3n de la expansi\u00f3n del universo<\/strong>, y que compone el 70% del mismo. Por contraste, defini\u00f3 la materia como objetos que interact\u00faan por medio de la gravedad, atray\u00e9ndose. Sin embargo, la energ\u00eda oscura tiene alg\u00fan tipo de comportamiento repulsivo.<\/p>\n\n\n\n<p>Pero aunque se sepa poco con certeza, hay teor\u00edas al respecto. Freese explic\u00f3 una de las teor\u00edas m\u00e1s conocidas: podr\u00eda tratarse de un tipo de <strong>energ\u00eda de vac\u00edo<\/strong>. En este caso, la palabra vac\u00edo no significar\u00eda ausencia, hay algo ah\u00ed. \u201cEn esta habitaci\u00f3n en la que estamos hablando ahora mismo hay pares part\u00edcula-antipart\u00edcula que surgen espont\u00e1neamente y pronto desaparecen\u201d dijo. \u201cHay experimentos que han demostrado esto\u201d. Con este planteamiento, se puede calcular esta energ\u00eda de vac\u00edo. Sin embargo, la teor\u00eda da resultados demasiado altos comparados con las observaciones. Freese indic\u00f3 que sabemos que no es tan alta como dicen las matem\u00e1ticas, pero tampoco es cero, y no sabemos explicar esto.&nbsp;<\/p>\n\n\n\n<p>Freese trabaj\u00f3 en una alternativa que no requiere de energ\u00eda de vac\u00edo, la <strong>expansi\u00f3n Cardassian<\/strong>. Propone que el universo est\u00e1 hecho \u00fanicamente de materia, oscura y ordinaria, sin energ\u00eda de vac\u00edo, pero con unas ecuaciones diferentes. En este modelo no habr\u00eda energ\u00eda oscura, pero las ecuaciones de Einstein podr\u00edan requerir modificaciones. Hay muchos modelos te\u00f3ricos como este tratando de explicar la energ\u00eda oscura, aunque todav\u00eda no hayan sido comprobados. \u201cEste es un problema muy dif\u00edcil\u201d concluy\u00f3 Freese.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\"><strong>El trabajo en f\u00edsica seg\u00fan Katherine<\/strong><\/h3>\n\n\n\n<p>Pero, aun enfrent\u00e1ndose con problemas tan dif\u00edciles, Freese reconoci\u00f3 que le divierte. Le gusta la creatividad de la ciencia, poder interactuar con otras personas lanzando ideas. <strong>\u201cRecuerdo que mi hijo sol\u00eda entrar en la habitaci\u00f3n diciendo \u2018Yo tambi\u00e9n quiero jugar\u2019 porque ve\u00eda que me estaba divirtiendo mucho<\/strong>. Disfruto del proceso de entender estos puzles fundamentales del universo\u201d.<\/p>\n\n\n\n<p>Ante la cuesti\u00f3n de posibles aplicaciones, admiti\u00f3 que no se para a pensar en la influencia pr\u00e1ctica que pudiera tener su investigaci\u00f3n, porque no se puede saber si la tendr\u00e1 o no. \u201cNo creo que la aniquilaci\u00f3n de materia oscura vaya a encender una bombilla. Pero si entiendes qu\u00e9 es la mayor parte de la materia del universo, no puedes decirme que eso no va a ser importante para nuestra vida diaria\u201d. Se\u00f1al\u00f3 que en el lado pr\u00e1ctico, nunca sabes cu\u00e1les podr\u00edan ser las consecuencias de un descubrimiento.<\/p>\n\n\n\n<p>Para finalizar, Freese termin\u00f3 con algunos consejos para estudiantes y futuros f\u00edsicos. Lo primero que destac\u00f3 fue la importancia de <strong>encontrar un buen mentor<\/strong>, alguien que te lleve en direcciones interesantes y con quien puedas tener una buena relaci\u00f3n. Pero sobre el trabajo en general, dijo \u201c<strong>Cree en ti mismo. Si tienes una pasi\u00f3n por algo, s\u00edguela<\/strong>\u201d<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Katherine Freese, cosm\u00f3loga especializada en materia oscura, visita esta semana el IFT para discutir con sus expertos los principales retos de este campo de investigaci\u00f3n La materia oscura, que no vemos pero constituye el 85% de la materia del universo, podr\u00eda estar formada de un nuevo tipo de part\u00edcula, o incluso de agujeros negros llamados&hellip;&nbsp;<a href=\"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/desentranando-la-naturaleza-de-la-materia-oscura\/\" class=\"\" rel=\"bookmark\">Leer m\u00e1s &raquo;<span class=\"screen-reader-text\">Desentra\u00f1ando la naturaleza de la materia oscura<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":1180,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"neve_meta_sidebar":"","neve_meta_container":"","neve_meta_enable_content_width":"","neve_meta_content_width":0,"neve_meta_title_alignment":"","neve_meta_author_avatar":"","neve_post_elements_order":"","neve_meta_disable_header":"","neve_meta_disable_footer":"","neve_meta_disable_title":"","_themeisle_gutenberg_block_has_review":false,"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-1179","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-sin-categoria"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1179","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1179"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1179\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1185,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/1179\/revisions\/1185"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/media\/1180"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1179"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=1179"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/projects.ift.uam-csic.es\/outreach_new\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=1179"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}