Materia oscura del universo

El dilatón

María Luisa Vélez

Los científicos están muy interesados en calcular la densidad del universo, porque consideran que ello les permitirá comprender su posible futuro. Una de las razones que les ha impedido medir el cosmos es la existencia de materia oscura, masa cuya presencia se ha comprobado, aunque no ha sido posible observarla.

Especialistas de distintas partes del mundo han sugerido varias hipótesis sobre el material del que puede estar hecha la materia oscura, pero en México, en el Departamento de Física del Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav), Tonatiuh Matos y Francisco S. Guzmán desarrollaron un modelo con el cual encontraron que el comportamiento de una partícula denominada dilatón puede ser esa sustancia invisible que se busca en el universo.

En consecuencia, con la teoría del big bang o gran explosión, si existe suficiente masa en el cosmos, su fuerza de gravedad será tan potente que la expansión se hará más lenta y llegará un instante en el que los cuerpos lanzados por esa explosión inicial se detendrán y regresarán sobre sí mismos ­influidos por sus propias fuerzas­ para concentrarse nuevamente en una gran aglomeración de masa y gases que tal vez desencadene otro big bang. Por el contrario, si la cantidad de masa no es tan abundante como se supone, la expansión de ésta será lenta, pero nunca cesará; al cabo del tiempo, las enanas negras (estrellas antiguas que no brillan) desaparecerán para quedar sólo una niebla de partículas. Ese sería el final del universo.

Explicado de otra manera, dado que el comportamiento del cosmos se encuentra determinado por la relación entre su velocidad de expansión (que lo impulsa a seguirse extendiendo) y la atracción gravitatoria entre todos sus componentes (que continuamente frenan su aumento), conocer la sustancia (o sustancias) de la cual está hecha la materia oscura o invisible ­que constituye 99 por ciento del universo, según se cree­ y aproximar sus cantidades en el espacio-tiempo resulta uno de los retos de mayor interés para la ciencia contemporánea.

En 1983 Milgrom propuso ­como lo han hecho otros científicos­ que la materia oscura no existe, que la teoría de la gravitación de Newton es válida únicamente de manera local, es decir, dentro de la Vía Láctea, y que es imposible aplicarla a escalas extragalácticas.

No obstante, desde el descubrimiento del planeta Urano, y luego de Neptuno y Plutón, los astrónomos se percataron de la existencia de otra materia en el espacio que no puede ser observada, pero que afecta la trayectoria gravitacional de los planetas y otra materia observable (posteriormente surgieron otras evidencias que confirmaron su presencia).

Algunos astrofísicos han considerado que esa materia no visible puede estar formada por cuerpos masivos como planetas o agujeros negros. Heather Couper y Nigel Henbest, en su libro de divulgación Agujeros negros, publicado por Dorling Kindersley Limited, explican que los hoyos negros son objetos colapsados cuya fuerza gravitatoria es tan grande que ninguna materia o energía, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos. Como resultado, el objeto es negro y es un agujero, porque los objetos que caen en él no pueden salir jamás.

Sin embargo, cosmólogos, físicos y astrónomos estudian también la posibilidad de que la materia oscura esté hecha de partículas exóticas, es decir, de partículas elementales pesadas, como los protones y los neutrones.

En su libro Materia oscura en el universo, Miguel Angel Herrera y Arcadio Poveda (Conacyt-Equipo Sirius) señalan que no cualquier materia "no luminosa" es un candidato viable para aspirar al título de "materia oscura". Las teorías cosmológicas actuales ­puntualizan en su texto­ imponen al menos dos restricciones: primero, debe interactuar muy débilmente con la radiación, y segundo, no puede ser "material normal" o de origen bariónico... los candidatos exóticos más populares hoy en día son neutrinos, fotinos, gravitinos, axiones y monopolos magnéticos (aunque modelos recientes consideran también que la materia oscura no es exótica sino conocida, es decir, bariónica).

El dilatón es una de esas partículas exóticas propuestas por todos los modelos y teorías modernas de unificación (las cuales buscan unificar la gran variedad de partículas e interacciones descubiertas en el universo) como la sustancia de la que puede estar hecha la materia oscura.

En concordancia con ellas, y basados en la teoría de las supercuerdas (que pretende unir las fuerzas de gravedad y electromagnéticas fuertes y débiles), Tonatiuh Matos y Francisco S. Guzmán encontraron que en galaxias espirales (en forma de molinillo, como la Vía Láctea, Andrómeda y Remolino), la existencia del dilatón ­a diferencia de otras partículas­ sí explicaría las irregularidades detectadas en las trayectorias de los cuerpos celestes y las perturbaciones apreciadas en galaxias y cúmulos de éstas, entre otros fenómenos, los cuales han sido atribuidos a la interacción con la materia oscura. "La materia oscura ­comenta Guzmán­ debe agruparse de forma tal que cause que las curvas de rotación de las galaxias sean aproximadamente planas a partir de un momento determinado, y la presencia de este campo escalar (el dilatón) nos da como resultado dicha planicidad".

"En este trabajo ­señala Francisco S. Guzmán en su artículo "Materia oscura en el universo: el nuevo éter", publicado en la revista Avance y perspectiva de mayo-junio de este año­ faltaría analizar si el dilatón puede ser la materia oscura en estructuras mayores tales como cúmulos y supercúmulos de galaxias... de ser así, se daría un fuerte respaldo a las teorías de la unificación que proponen su existencia.

"Empero ­añade­, esta hipótesis no deja de ser eso, un modelo entre el amplio mundo de los modelos que intentan explicar la naturaleza de la materia no luminosa dentro de todas las escalas del cosmos."