La misteriosa sustancia conocida como materia oscura puede ser en realidad una ilusión, creada por la interacción gravitacional entre partículas de corta vida de materia y antimateria. Un mar hirviente de partículas en el espacio puede crear la gravedad repulsiva.

La materia oscura se cree que es una sustancia invisible que representa casi una cuarta parte de la masa del universo. El concepto fue propuesto por primera vez en 1933 para explicar por qué las galaxias exteriores de los cúmulos de galaxias, orbitan más rápido de lo que deberían, basándose en la masa visible de las galaxias.

En las velocidades observadas, las galaxias externas deberían ser arrojadas al espacio, ya que los cúmulos no parecen tener la masa suficiente para mantener a las galaxias de los bordes unidas gravitacionalmente.

Expuesto así el problema, lo que los físicos propusieron fue que las galaxias están rodeadas de halos de materia invisible. Esta materia oscura proporciona esa masa extra, que a su vez crea campos gravitatorios suficientes para mantener unidos los cúmulos.

En el nuevo estudio, el físico Dragan Hajdukovic, desde la European Organization for Nuclear Research (CERN) en Suiza, propone una explicación alternativa, basada en algo que él llama la «polarización gravitacional del vacío cuántico».

Un espacio vacío relleno de partículas «virtuales»

El vacío cuántico es el nombre dado por los físicos a lo que vemos como espacio vacío.

Según la física cuántica, el espacio vacío no es realmente estéril, sino que es un mar hirviente de las llamadas partículas y antipartículas virtuales, constantemente entrando y saliendo de la existencia.

Partículas de antimateria son diametralmente opuestas de partículas de materia normal. Por ejemplo, un antiprotón es una versión con carga negativa de los protones de carga positiva, uno de los componentes básicos del átomo.

Cuando la materia y la antimateria colisionan, se aniquilan en una explosión de energía. Las partículas virtuales, creadas espontáneamente en el vacío cuántico, aparecen y desaparecen con tanta rapidez que no pueden ser observadas directamente.

En su nuevo modelo matemático, Hajdukovic investiga qué pasaría si la materia y la antimateria virtuales no sólo son contrarios eléctricamente, sino también opuestos gravitacionalmente, una idea que algunos físicos ya han propuesto anteriormente.

«La física fundamental supone que hay sólo una carga gravitacional, mientras que yo he asumido que existen dos cargas gravitatorias», señalba Hajdukovic.

De acuerdo con su idea, apuntada en el último número de la revista Astrophysics and Space Science, la materia tiene una carga positiva y la antimateria gravitacional negativa.

Eso significaría que son gravitacionalmente repulsivas, de modo que un objeto hecho de antimateria «colapsaría» dentro del campo gravitacional de la Tierra, que está compuesto de materia normal.

Las partículas y antipartículas pueden incluso chocar, ya que la repulsión gravitacional es más débil que la atracción eléctrica.

De cómo las galaxias aumentan la gravedad

Si bien, la idea de las partículas antigravedad puede parecer exótica, Hajdukovic afirma que su teoría está bien establecida en los criterios de la física cuántica.

Por ejemplo, es bien sabido que las partículas pueden unirse para crear un dipolo eléctrico, con partículas de carga positiva en un extremo y partículas negativas en el otro.

Según la teoría, hay un sinnúmero de dipolos eléctricos, creados por partículas virtuales de diverso volumen en el vacío cuántico.

Todos estos dipolos están orientados al azar, como innumerables agujas de una brújula apuntando hacia cualquier lado. Pero si los dipolos se forman en presencia de un campo eléctrico ya existente, inmediatamente alinean en la misma dirección que el campo.

Según la teoría cuántica de campos, este repentino ajuste de los dipolos eléctricos, llamado polarización, genera un campo eléctrico secundario que combina y refuerza el campo primario.

Hajdukovic sugiere que, un fenómeno similar ocurre con la gravedad. Si la la materia y la antimateria virtuales tienen distintas cargas gravitacionales, entonces se generarían en el espacio los dipolos gravitacionales orientados aleatoriamente.

Si estos dipolos gravitacionales se forman cerca de una galaxia, un objeto masivo con un fuerte campo gravitatorio, los dipolos podrían polarizarse.

Esta polarización generaría a su vez, un campo gravitacional secundario que se combinaría y fortalecería el campo gravitacional de la galaxia.

«Mi teoría propugna que el campo gravitacional de una galaxia se hace más fuerte, sin necesidad de materia oscura», adujo Hajdukovic.

Evidencias «muy apremiantes» de materia oscura

El físico David Evans, calificó el nuevo estudio como «un ejercicio teórico muy interesante», pero que aún no está dispuesto a abandonar la noción de materia oscura.

«La evidencia de materia oscura es ahora muy convincente», señaló Evans, de la Universidad de Birmingham, que encabeza el equipo del Reino Unido del detector ALICE en el CERN’s Large Hadron Collider.

Por ejemplo, en 2006 los astrónomos dieron a conocer una foto de dos galaxias en plena colisión, conocida como el Cúmulo Bala, que supuestamente mostraba la separación entre materia y materia oscura.

Un efecto similar fue observado en el cúmulo Pandora a principios de este verano, añadió Evans, que no participó en el estudio.

Hajdukovic dijo que está ampliando actualmente su teoría para dar cuenta de estas observaciones. Sus cálculos preliminares, reseñó, indican que «lo que se observa en el Cúmulo Bala, y más recientemente en el cúmulo Pandora, puede entenderse también como el marco de polarización gravitacional del vacío cuántico».

El físico del CERN, Michael Doser, está de acuerdo en que las ideas Hajdukovic son «poco ortodoxas», pero no descarta su teoría a priori.

«La visión tradicional adolece de la ausencia de partículas de materia oscura detectada, y de esta manera explora una amplia gama de posibilidades que en este momento es perfectamente legítimo, siempre y cuando sean compatibles con todos los datos», señalaba Doser.

Doser es miembro del experimento AEgIS del CERN, cuya finalidad es medir la carga gravitacional del anti-hidrógeno, la versión de antimateria del hidrógeno, y así probar que la materia y la antimateria son gravitatoriamente repulsivas.

«En pocos años,» dijo Doser, «estaremos sin duda en condiciones de confirmar o refutar la hipótesis de Hajdukovic.»

• Referencia: National Geographic News, por Ker Than 31 de agosto 2011
• Imagen: El Cúmulo Bala, crédito STScI, U. Arizona, CfA, CXC, NASA