Materia oscura gravedad cosmología astrofísica
Reproducción del artículo del Monde del viernes 17 de marzo de 2000
Si la materia oscura desvía el curso de la luz, es porque existe
La deformación de imágenes de galaxias lejanas prueba la existencia de enormes objetos invisibles. Durante años, los astrónomos han buscado detectar la materia oscura (el 90% de la materia en el universo). Se han propuesto muchas hipótesis para explicar la naturaleza de este medio que escapa a los telescopios: objetos masivos (enanas marrones) y partículas elementales (neutrinos). Pero las cuentas no cuadran. Por eso se piensa que esta materia podría estar compuesta por partículas teóricas aún por descubrir. Los astrónomos son contundentes: el 90 % de la materia del universo escapa a los objetivos de sus telescopios. Solo aparecen en las fotografías las galaxias y los miles de millones de estrellas que las componen, las nebulosas oscuras o brillantes que adornan el cielo y enormes destellos de energía cuyos mecanismos de producción no se comprenden del todo (...). Gracias a los avances tecnológicos, nuevas ventanas se han abierto en el infrarrojo, el ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. Más recientemente, los astrónomos han abordado la astronomía de los neutrinos, partículas fugaces que contribuirían significativamente a la masa del universo. ...Pero los teóricos saben bien que, a pesar de esto, la mayor parte del universo escapa a la comunidad astronómica, que no puede conformarse con el reducido campo de experiencia —el 10 % del todo— que se le ofrece. Por eso, desde hace muchos años, buscan detectar esta famosa materia oscura, componente principal de nuestro universo. Un equipo del Instituto de Astrofísica de París, asociado a astrónomos franceses (CEA Saclay, Telescopio Canadá-Francia-Hawái (CFHT) y Laboratorio de Astronomía Espacial de Marsella) y extranjeros (Canadá, Alemania, Estados Unidos), acaba de abrir una ventana a este mundo. Justo antes, un equipo británico liderado por Richard Ellis (Cambridge y Caltech) y un equipo estadounidense dirigido por Tyson (Bell Labs, Nueva Jersey), ambos confirmaron parcialmente estos resultados.
¿Cómo han logrado los investigadores superar lo invisible y confirmar la existencia de esta materia oscura? Recurriendo a un principio que afirma que la luz se curva cerca de una gran masa de materia (Sol, cúmulos de galaxias), debido a la gravedad. Esta hipótesis se ha comprobado numerosas veces. Pero los astrónomos se preguntaron si el mismo efecto podría observarse con la materia oscura, supuestamente poco densa y presente en cantidades considerables. Si fuera así, esta materia oscura revelaría su presencia sin poder ser vista directamente. "Astigmatismo cósmico". "En 1991, explica Yannick Mellier, del Instituto de Astrofísica de París, la teoría predecía que objetos lejanos como galaxias podrían, debido a la presencia de grandes masas de materia oscura en el camino de su luz, aparecer ligeramente deformados y presentar formas alargadas en elipses. Pero, según los cálculos, este efecto de astigmatismo cósmico era tan débil que detectarlo era casi una hazaña. Además, en aquel entonces, los investigadores carecían de un modelo teórico para validar posibles mediciones, así como de cámaras suficientemente potentes para realizarlas". Desde entonces, se ha desarrollado la cámara CFH 12K y el canadiense Ludovic Van Waerbeke ha creado herramientas de procesamiento adecuadas para este programa de investigación. Tras cinco años analizando unas 200.000 galaxias lejanas fotografiadas por el telescopio Canadá-Francia-Hawái, los investigadores finalmente han logrado sus objetivos. Hoy, tras un tratamiento adecuado, en las imágenes del fondo del cielo tomadas por el CFHT aparecen cientos de pequeñas elipses de color verde agua, que corresponden a galaxias. ...¿Se puede deducir, por tanto, que este fenómeno es realmente el resultado de un efecto gravitacional sobre la luz emitida por las galaxias? "Sin duda", responde Yannick Mellier. "En ausencia de materia en el camino de los rayos luminosos —es decir, sin efecto gravitacional—, incluso las galaxias elípticas aparecen como pequeños puntos redondos. En cambio, en el caso contrario, la imagen queda cubierta de pequeñas elipses. Además, el efecto gravitacional tiende a organizar estas galaxias, de manera similar a como un imán orienta la limadura de hierro según las líneas del campo magnético al que se aplica".
Partículas aún desconocidas. Son estas imperceptibles deformaciones y esta reorganización de las galaxias las que permiten afirmar que la luz ha sido desviada de su trayectoria por filamentos de materia difusa e invisible. Una materia cuya densidad es baja (a diferencia de la del Sol y los cúmulos de galaxias), pero cuyos efectos son perceptibles debido a su extensión considerable: entre 100 millones y 1.000 millones de años luz (1 año luz equivale a 3,36 años-luz). Para comparar, nuestra galaxia mide apenas 34.000 años luz en su longitud máxima. ...En el modelo tridimensional que el equipo francés ha reconstruido en ordenador, el efecto es impresionante. En su trayecto hacia nosotros, la luz cambia constantemente de dirección cerca de estos filamentos, que forman algo así como un queso de gruyere en el espacio que ocupan. Una estructura que cuenta la historia del universo y revela las condiciones iniciales de su formación. Porque la materia oscura que escapa a nuestra mirada no es de la misma naturaleza (bariónica) que la materia de la que están hechas las estrellas y nosotros mismos. Según los teóricos, estaría compuesta por partículas —WIMPs, axiones, partículas supersimétricas, etc.— aún por descubrir. ...Una nueva puerta acaba de entreabrirse, a la que los astrónomos deberían lanzarse pronto. Pronto lo harán con la puesta en marcha, en dos años, del CFHT, de una cámara cuatro veces más grande, la MégaCam, desarrollada por el CEA de Saclay. En un futuro más lejano, se prevé la instalación de una red de cien telescopios de un metro de diámetro y el lanzamiento de un satélite estadounidense, Snapsat, dedicado a las estrellas explosivas (supernovas), pero también capaz de rastrear los efectos de la materia oscura.
Jean-François Augereau