Katherine Mack, astrofísica de la Universidad de Melbourne, respondió a las preguntas planteadas por el público en Reddit. Aquí, una selección de algunos de los aspectos más destacados.

Materia Oscura, ¿Cómo explica la materia oscura a los niños?

Yo les digo que cuando tocan una mesa, lo que están sintiendo es la repulsión electromagnética (o, bueno, uso una manera menos complicada de decir lo mismo) entre esa superficie y sus manos, y eso es lo que hace que se sienta sólido y que no puedan pasar a través de ella. La materia oscura no parece tener esa fuerza. Tiene gravedad, pero no genera repulsión electromagnética según lo que sabemos.

Así que si hay materia oscura en la habitación (y probablemente la hay), pasaría a través de ti sin que la sintieras. Y sabemos que la materia oscura existe debido a la forma en que mueve las cosas en las galaxias y en los cúmulos de galaxias, y cómo su gravedad curva la luz.

¿Tenemos evidencia sobre la materia oscura?

La evidencia de que la materia oscura es un componente real del Universo, no una alteración de la gravedad, es bastante abrumadora. Vemos evidencia de materia oscura en tantos lugares actualmente (movimiento de galaxias, movimientos dentro de las galaxias, gas caliente en cúmulos, las lentes gravitacionales fuertes y débiles, microlentes gravitacionales, anisotropías del fondo cósmico, la distribución de materia a grandes escalas, y las colisiones de cúmulos de galaxias, por ejemplo), que es realmente imposible de ignorar.

Los intentos de simplemente cambiar cómo funciona la gravedad para ajustarse a los datos no funcionan cuando se toman todas estas observaciones en conjunto. Hay lugares a pequeña escala (como las galaxias enanas), donde aparecen dificultades para poner en línea las teorías más simples sobre la materia oscura con lo que vemos en las observaciones, pero incluso esas no siempre son anomalías importantes.

¿Qué progresos se han logrado al identificar la materia oscura?

Respuesta corta: todo es un poco desastroso en este momento. Hay unos pocos experimentos de detección de materia oscura que nos dan diferentes respuestas, así que es muy difícil de decir.

Pero hay algunas cosas que estamos bastante seguros que sabemos acerca de la materia oscura: es bastante fría (no relativista en sus movimientos), es probable que sea algún tipo de partícula fundamental (aunque hay algunos modelos sobre agujeros negros primordiales de muy baja masa que aún no se han descartado) y no parece tener interacciones no-gravitatorias significativas (en el sentido de que sus únicas grandes, fácilmente detectables, interacciones con sí mismo o cualquier otra cosa son a través de la gravedad).

Han aparecido un montón de pistas muy interesantes últimamente sobre posibles señales de efectos de física de partículas de materia oscura en observaciones astrofísicas, pero probablemente pasarán unos años todavía antes de que todo se solucione.

¿El LHC será capaz de ayudar en la búsqueda de la materia oscura? ¿Por qué o por qué no?

La teoría es que puede ser posible crear partículas de materia oscura al hacer chocar partículas estándar (en este caso protones) a una suficientemente alta energía. Por ejemplo, si la materia oscura tiene la capacidad de aniquilarse en partículas estándar, algo así como el reverso de ese proceso debería servir para crear materia oscura.

Entonces tendrían que observarse en los detectores del LHC todos los detritus de la colisión, y habría algo faltante, ya que las partículas de materia oscura que acaban de crearse escaparían del detector sin dejar rastro. Hasta ahora no hemos visto nada que se parezca a eso.

¿Es posible que la materia oscura sea tan compleja como la materia con la que interactuamos? De la misma forma, ¿puede haber muchas partículas diferentes con sus propios tipos de fuerzas? ¿Podría haber galaxias enteras de materia oscura, con planetas y vida?

No hay ninguna razón por la que no pueda existir todo un zoológico de partículas en el sector oscuro, todas las cuales contribuyen a la masa total que vemos como materia oscura. Pero hay algunas restricciones fuertes, en base a nuestras observaciones, sobre la cantidad de interacción no gravitatoria que puede haber entre estas partículas, o entre las partículas de materia oscura y las partículas de modelos estándar.

Hay modelos de materia oscura de auto-interacción en el que las partículas de materia oscura pueden ejercer fuerzas no gravitacionales significativas entre sí, y a veces estos modelos son propuestos para explicar ciertas discrepancias entre las observaciones y los modelos más simples de materia oscura, pero no hay realmente ninguna prueba convincente (por lo que he visto) que estas auto-interacciones están realmente ocurriendo.

Del mismo modo, hay modelos de «materia oscura atómica» en la que la materia oscura puede formar «átomos oscuros», pero los límites a esto son muy fuertes, ya que si la materia oscura puede formar partículas unidas, entonces podría disipar energía como lo hace la materia común y veríamos que forman discos y colapsan de maneras que simplemente no vemos.

En base a nuestras observaciones, la materia oscura parece mantenerse muy inflada, no hace mucho intercambio de momento angular entre sus partículas, por lo que en vez de hacer discos y objetos compactos, genera “halos” informes (tipo esferas) o filamentos, todos sólo con colapso gravitacional lento.

No puede condensarse fácilmente hacia abajo, por lo que no puede hacer cosas como planetas o galaxias (o vida).

Agujeros negros y el resto

¿Podría la materia oscura interactuar con un agujero negro? Sí, la materia oscura tiene masa, y los agujeros negros crean pozos gravitacionales, por lo que pueden atraer masa. Pero es difícil conseguir que un agujero negro coma materia oscura porque a la materia oscura no le gusta perder momento angular, y tendría que suceder que la materia oscura caiga en el agujero negro muy directamente para conseguir que sea absorbida.

¿Cuáles son tus pensamientos sobre la teoría del multiverso?

Hay algunas ideas de multiversos que son teóricamente plausibles, pero por el momento no tenemos ninguna evidencia experimental que sugiera que hay otros universos (o universos-burbujas, como quieras llamarlos) allá afuera. Hay algunas ideas para buscar evidencias sobre un multiverso.

¿Crees que la antimateria podría ser utilizada como fuente de energía?

Sí, pero tienes que encontrar una manera de contenerla. Esto es realmente difícil, porque no puede nunca tocar las paredes de su contenedor, lo que significa que es probable que tenga que ser algún tipo de botella magnética, y eso es muy difícil de lograr. Es probable que tendría que haber algún tipo de mecanismo que esté creando continuamente antimateria, y entonces probablemente tendrías problemas para conseguir que sea un proceso que dé más energía que la que sale.

¿Los agujeros negros tienen algún uso práctico potencial, o son simplemente una cosa divertida que existe?

Cuando yo era niña pensaba que un pequeño agujero negro podía ser una cosa divertida de usar para obtener luz para los señalizadores cuando se está conduciendo. Pero, por supuesto, si el agujero negro fuera lo suficientemente pequeño como para darte el tipo correcto de lente gravitacional, probablemente se limitaría a dispararse a través de la Tierra a velocidades cercanas a la de la luz y se perderá para siempre.

Y si fuera grande, destruirías el coche. Se han realizado algunas ideas sobre el uso de agujeros negros en rotación como fuentes de energía (ver Proceso de Penrose), pero creo que sería difícil hacer el trabajo de manera eficiente sin que sea ridículamente difícil de configurar. Los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias son a menudo fantásticos como faros distantes a través del universo, que nos permiten ver a miles de millones de años luz de distancia.

Éstos se llaman cuásares, y en ese caso es técnicamente la materia cayendo en el agujero negro, no el propio agujero negro que estás viendo. De todos modos los agujeros negros son muy prácticos si eres un físico o un astrónomo, ya que te dejan aprender acerca de la forma del Universo y la naturaleza del espacio-tiempo.

Pero no van a hacer mucho para mejorar tu coche. Katherine J. Mack recibe fondos del Consejo Australiano de Investigación en forma de Premio al Descubrimiento de Investigador con Carrera Incipiente. Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.

http://www.lagranepoca.com/32095-agujeros-negros-materia-oscura-explica-una-astrofisica