El increíble misterio de la materia oscura: por qué los astrónomos dicen que falta en acción

Los astrónomos tienen un problema. Siempre que estudian la estructura a gran escala del universo, pronto queda claro que la cantidad de materia visible no puede generar suficiente gravedad para mantener unidas las estructuras que pueden ver. Cosas como los cúmulos de galaxias e incluso las propias galaxias deberían separarse dada la cantidad de materia ordinaria que contienen.

Algo más debe mantener estas cosas juntas. Entonces, los astrónomos han soñado con la idea de la materia oscura: una materia misteriosa, invisible y que no interactúa que llena el universo y genera la gravedad necesaria para mantener todo unido.

Este no es un problema pequeño que requiera una pequeña cantidad de masa extra. El problema es enorme. Según la última imagen de la estructura a gran escala del Universo de la misión espacial Planck, la materia visible ordinaria representa solo el 5 por ciento de la masa / energía total del Universo, mientras que la materia oscura representa el 27 por ciento (el resto es la energía oscura aún más misteriosa).

Para que los números funcionen, los astrofísicos nos dicen que nuestra galaxia debería tener al menos un 80% de materia oscura.

Eso significa que nuestro Sistema Solar debería estar nadando en eso. De hecho, los físicos han calculado que las partículas de materia oscura deberían chocar contra cada ser humano del planeta a una velocidad de 100.000 veces al año, como vimos el año pasado.

Pero eso plantea una pregunta importante. Si estamos surcando un espeso mar de materia oscura como sugieren los astrofísicos, ¿por qué no vemos evidencia de ello?

La mayoría de los detectores de materia oscura funcionan buscando evidencia de las colisiones que la materia oscura debe hacer con la materia ordinaria. Algunos de estos experimentos dicen que han encontrado evidencia tentativa de estas colisiones.

Pero hay otra forma de buscar la materia oscura: por sus efectos gravitacionales en el propio Sistema Solar. Si el Sol está rodeado por una espesa sopa de materia oscura, deberíamos poder ver su influencia gravitacional en las órbitas de los planetas, lunas y asteroides.

Hoy, Nikolay Pitjev de la Universidad Estatal de San Petersburgo y Elena Pitjeva del Instituto de Astronomía Aplicada de San Petersburgo, ambos en Rusia, han utilizado el conjunto más detallado de medidas de órbitas planetarias jamás realizado para estudiar esta cuestión. Su conclusión es que el efecto gravitacional de la materia oscura en el sistema solar es insignificante.

Pitjev y Pitjeva han recopilado un impresionante conjunto de datos que consta de unas 677.000 mediciones de posiciones planetarias tomadas desde 1910. Estas incluyen mediciones ópticas de observatorios en la Tierra, que abarcan mediciones de varias naves espaciales como Cassini en Saturno y las misiones Mars y Venus Express, además de varias misiones rusas. mediciones de radar de posiciones planetarias tomadas entre 1961 y 1995.

Estos datos se han vuelto cada vez más precisos en los últimos años. Por ejemplo, los datos de Cassini dan su distancia a Saturno dentro de un metro más o menos.

Los astrofísicos han utilizado estas medidas para modelar el comportamiento del sistema solar, teniendo en cuenta las perturbaciones causadas por los planetas principales, la Luna, los 301 asteroides más grandes, los otros asteroides modelados como un anillo uniforme, los 21 objetos transneptunianos más grandes y pronto.

Habiendo tenido todo esto en cuenta, Pitjev y Pitjeva buscaron efectos gravitacionales anómalos que pudieran ser el resultado de la materia oscura. Si la materia oscura está presente en el sistema solar, entonces debería conducir a alguna influencia gravitacional adicional en todos los cuerpos, dicen.

La noticia desconcertante es que Pitjev y Pitjeva no encuentran evidencia de esto en su análisis. Si está ahí, su efecto debe ser menor que los errores en los datos.

De hecho, para satisfacer este límite, calculan que la cantidad de materia oscura dentro de la órbita de Saturno debe ser minúscula. La masa de materia oscura en la esfera dentro de la órbita de Saturno debería ser inferior a 1,7 10 ^ −10M⊙, dicen. Eso es aproximadamente la masa de un gran asteroide.

Así que los astrónomos se quedan rascándose la cabeza. Por un lado, dicen que la materia oscura debe mantener nuestra galaxia unida con un agarre gravitacional similar a un vicio. Por otro lado, su efecto gravitacional sobre el Sistema Solar es insignificante. Algo tiene que ceder.

Este problema de los efectos contradictorios de la materia oscura a diferentes escalas se está convirtiendo rápidamente en el problema más fascinante y urgente de la física y la astronomía.

Actualmente, los investigadores están gastando mucho dinero para diseñar, construir y ejecutar experimentos gigantes en busca de materia oscura en nuestra vecindad. Y, sin embargo, la evidencia ya recopilada de otras fuentes, como este análisis de Pitjev y Pitjeva, sugiere que esta inversión puede producir un rendimiento muy pobre.

Eso no les impedirá mirar y tampoco debería hacerlo. Pero es probable que el problema de la materia oscura genere una controversia significativa en los próximos meses y años.

Ref: arxiv.org/abs/1306.5534 : Restricciones de la materia oscura en el Sistema Solar

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