miércoles, 15 de abril de 2015

¿De qué está hecho el universo? El Cúmulo Bala, Harry Potter y la materia oscura

Fotografía: NASA
Cúmulo Bala. Fotografía: NASA (CC)
La naturaleza, a veces, nos propone juegos del escondite en los que juega con ventaja, juegos para los que una capa de invisibilidad es un instrumento de aficionado. El juego del que hablaremos hoy empieza aquí mismo: en la habitación, frente a mi ordenador; en la cafetería, cruasán y tableta en mano. Si nuestro oponente fuese ataviado en plan Harry Potter nuestra primera jugada habría de ser cerrar puertas y ventanas; la primera del otro buscar un espacio abierto, no dejarse acorralar. Porque el oponente invisible es, por lo menos, sólido, palpable; todos los manuales recomiendan cubrir el suelo de harina, fumarse un cigarrillo y esperar a que el humo, impasible como las leyes de la física, haga el trabajo que nuestros ojos no han sabido hacer solos.

El oponente de que hablamos hoy será mucho más cuidadoso. Está aquí mismo, en la habitación, en la cafetería. Está a su espalda y está frente a mis ojos, pero el polvo de la mesa no lo delata, al humo del cigarrillo no le inmuta su presencia. Entre sus debilidades no está la de ser palpable; nuestra piel no lo detiene, tampoco el hormigón de los muros o la roca de las montañas. Es, de pleno derecho, un fantasma. Está en mi interior y en el suyo; viene del espacio exterior y ha atravesado con tanta facilidad la atmósfera como atravesará la esfera terrestre al completo. Los físicos, que disfrutamos con esto de los nombres, le hemos encontrado uno propio del mejor pulp: materia oscura. Pero qué más quisiéramos que fuese oscura: entonces, aunque no la viéramos a ella, podríamos ver su sombra; un nombre más apropiado sería probablemente materia transparente.

La materia oscura es el no va más de los diseños naturales en cuanto a camuflaje: no emite luz, no absorbe luz y no la refleja; no huele, no se le puede tocar y no les estoy haciendo trampa. Tampoco emite electrones ni neutrinos ni ninguna de esas porquerías. Entonces, ¿acaso existe? ¿Nos hemos embarcado los físicos en la búsqueda de la nada?

Por suerte, como en las novelas de detectives de antes, no existe el crimen perfecto. La materia, oscura o no, es materia, y hay una cosa que seguro que hace: gravitar. La materia atrae a la materia, y así es como descubrimos a nuestro archienemigo de hoy en la década de los treinta del siglo pasado: resultó que algunas galaxias giraban como si tuvieran mucha más materia de la que podíamos ver. Con el paso del tiempo se vio que no solo dentro de las galaxias, sino también en el espacio entre galaxias, parecía haber más cosas de las que los telescopios nos permitían encontrar. En todos los casos fue la gravedad la que nos hizo el trabajo sucio: fue el humo del cigarrillo quien reveló a nuestro oculto oponente después de miles de años de vivir en el anonimato.

En ese punto alguien formuló una pregunta interesante: si es la gravedad la que nos está diciendo que la materia oscura está ahí, ¿deberíamos fiarnos de ella? Nuestros tiempos ya no son como los de antes: la primera ley de la gravedad, la de Newton, fue destronada por otra, la de Einstein, y muchos científicos tienden a pensar que las leyes naturales son transitorias y que siempre acaban siendo sustituidas por otras mejores. ¿Está de verdad la materia oscura ahí afuera o es la primera pista de que la gravedad no es como creemos que es?

La foto de hoy, que encabeza este texto, es uno de los asaltos definitivos en favor de la existencia de la materia oscura. En ella vemos un lejano grupo de galaxias; en rojo, en falso color, está señalado dónde se encuentra casi todo el gas, formado por materia como la nuestra; en azul aparecen dos burbujas en las que se concentra la mayoría de la materia de este grupo, que forzosamente ha de ser de otro tipo.

Una de las dudas más serias que levanta la materia oscura es que casi siempre aparece mezclada con la materia que conocemos, como en nuestra galaxia, como en la Tierra. Al ser la gravedad la única manera de «ver» la materia oscura, el hecho de que esté mezclada no nos permite distinguir si de verdad hay un nuevo tipo de materia o es que la materia de toda la vida tiene «un nuevo tipo de gravedad». En la foto vemos un grupo de galaxias que se ha hecho famoso entre los físicos, el Cúmulo de la Bala. En realidad no es un grupo, sino dos que chocaron hace muchos millones de años, durante la época de los dinosaurios. «Chocar» es un decir: en estos grupos las galaxias están tan separadas que casi nunca chocan de verdad; más bien pasan de largo, muy lejos las unas de las otras. Efectivamente, la mayoría de las galaxias de la foto no están colisionando, sino que aparecen en dos grupos: uno grande, a la izquierda, y otro más pequeño a la derecha, más o menos coincidiendo con las manchas azules. Pero en los grupos de galaxias sí que hay otras cosas que podrían sentir el golpe: el espacio intergaláctico está lleno de gas muy difuso, y dos bolsas de gas chocando una con la otra no van a quedarse impasibles. Van a comprimirse la una contra la otra y van a calentarse tanto como sus velocidades permitan; y se mueven realmente rápido, que para eso son pequeños trocitos de universo.

Esto es lo que se ve en rojo en la foto: son rayos X emitidos por gas a casi cien millones de grados. El grupo de la derecha se movía tan rápido que el gas formó una onda de choque al atravesar el otro, adquiriendo esa característica forma de «bala» que da nombre a todo el cúmulo. Así pues, en esa zona intermedia es donde se encuentra casi toda la materia del tipo que conocemos, porque en el universo hay mucho más gas difuso que estrellas y galaxias.

Hablando de galaxias: ¿por qué no hay casi ninguna en la zona roja? Si acabamos de decir que casi toda la materia está ahí, la gravedad debería tirar de ellas hacia ese punto, y sin embargo están tozudamente separadas, un grupo a la izquierda y otro a la derecha. Bien, podemos hacer la prueba del algodón: gracias a la teoría de la relatividad de Einstein sabemos que la gravedad atrae también a la luz, y como consecuencia las imágenes se distorsionan ligeramente cuando pasan cerca de una gran concentración de materia. Este efecto, llamado lente gravitatoria, nos permite ver dónde hay más materia observando qué les pasa a los rayos de luz. Cuando lo aplicamos al Cúmulo de la Bala… ¡sorpresa!, resulta que la mayor parte de la materia no está en el centro, está en los lados, justo donde están las galaxias. Eso es lo que marca el color azul. En el Cúmulo de la Bala, por primera vez, pudimos presenciar a la materia oscura separada de la materia de toda la vida. El billar cósmico en esta ocasión jugó a nuestro favor: hizo falta que chocaran dos grupos de galaxias para separar el gas, enrabietado en su tormenta de rayos X, de la materia oscura, que plácidamente, como corresponde a un fantasma, simplemente pasó de largo llevándose a las galaxias consigo.

La naturaleza desde su atalaya a veces nos propone juegos del escondite en los que juega con ventaja; por fortuna otras veces cambia de opinión y también nos ofrece espectáculos como el del Cúmulo de la Bala, que con una imagen nos explica de qué está hecho el universo.


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