La Materia y la Energ í a Oscura

1. Universidad de Puerto Rico Recinto de Mayagüez Quarknet Associate Teacher Institute La Materia y la Energía Oscura Sra. Vivian Maldonado Collazo Srta. Jackeline Ortiz Ramírez Esc. Juan Quiridongo Morell Esc. S.U. Ana Dalila Burgos Ortiz

2. El cosmos parece estar lleno de dos constituyentes invisibles: la materia oscura y la energía oscura, cuya existencia ha sido propuesta solamente sobre la base de sus efectos gravitatorios sobre la materia y energía ordinarias. • materia oscura: materia que existe en el espacio, pero que no es visible para nosotros porque no emite radiación como para observarla. • energía oscura: es una especie de antigravedad (repulsión) que impulsa al cosmos, y está caracterizada por tener una presión negativa.

3. El origen de la materia y la energía oscura. • Esta sustancia ha sido medida indirectamente en todas las galaxias en el Cosmos. • Los investigadores se dieron cuenta de su existencia porque algo, que no es la fuerza de la gravedad, se encarga de mantener a las galaxias en una rotación regular por el Cosmos. • Sin esta materia, todas las galaxias, incluyendo la nuestra, estuvieran volando sin rumbo por el espacio. • También existe el misterio de una energía oscura, cuya función parece ser incrementar la velocidad entre las galaxias, expandiendo al Universo y separando a las galaxias unas de las otras.

4. La energía oscura contribuye con aproximadamente el 75% de toda la energía del universo, seguida por la materia oscura y la materia normal. Solamente la materia normal puede ser detectada directamente con los telescopios, y aproximadamente el 85% de ella es gas caliente intergaláctico.

5. El Modelo Estándar del Universo • Hace predicciones precisas, a la cantidad de material normal presente en el universo. • Por la sensibilidad de estas predicciones esta materia invisible tiene que estar estructurada de elementos exóticos y distintos a los ya conocidos. • Necesitamos detectar la materia oscura, si es posible, tocarla, olerla e incluso degustarla si es factible, si no es así, todo el modelo estándar no tendrá sentido.

6. ¿Cómo evolucionó el Universo bajo la influencia de la "materia o energía oscura”? Según los investigadores, poco después del "Big Bang", una masa de materia o energía oscura permitió la formación de enormes estructuras que conformaron el Universo, y que luego colapsaron bajo su propio peso, formando vastísimos halos o aureolas cósmicas. La fuerza gravitacional de estos halos succionó la materia normal existente, generando la formación de galaxias. HALOS DE MATERIA OSCURA

7. Los científicos diferencian entre materia oscura y energía oscura porque parecen comportarse de manera diferente: • La materia oscura parece tener masa y formar acumulaciones gigantescas. La atracción gravitatoria de estas acumulaciones permite que la materia ordinaria forme las galaxias. • La energía oscura parece no tener masa y distribuirse uniformemente por todo el espacio, donde actúa como una especie de anti-gravedad, una fuerza repulsora que está desgarrando el universo.

8. SIGNOS DE ENERGIA OSCURA: Esta composición de imágenes ópticas (en azul) y de observaciones de rayos-X de Chandra (en rojo) muestra el gas caliente cerca de un cúmulo de galaxias.

9. ¿Cómo se pudo acumular esa materia oscura y desconocida en la estructura de las galaxias? Recordemos que la acción de los fotones neutraliza cualquier tentativa de condensación de la materia ordinaria (electrones, protones).Pero la materia oscura interacciona muy poco con la luz (si no, ya se le habría detectado). Sometida a su propia gravedad, no debería tener impedimentos para comenzar su propia acumulación antes de la formación de los átomos de hidrógeno.

10. ¿Cómo la materia oscura pudo afectar el comportamiento gravitacional de las galaxias? La precoz condensación de esa materia, hasta ahora desconocida, habría tenido como efecto sembrar el espacio de una colección de «bolsones» oscuros, exóticos y sobredensos. Esos bolsones discretos servirían de núcleos de condensación para las futuras estructuras. Esta hipótesis no sólo entrega herramientas explicativas para la velocidad de las estrellas en las galaxias, así como de las galaxias en sus cúmulos, sino que también de que la materia oscura jugaría otros roles cosmológicos.

11. La materia oscura, que según los científicos forma parte de casi todo el universo, pero que nunca se ha logrado ver, podría tener diversas formas y tamaños. • Los físicos señalan que la única forma en que las galaxias pueden alejarse entre sí tan rápidamente sin disolverse surge del hecho de que contienen mucha más materia de la que se puede percibir con instrumentos convencionales. • La gravedad que mantiene la cohesión de todos los objetos, desde un planeta a una galaxia, está directamente relacionada con la masa de esos objetos. De allí surgió la idea de la "materia oscura", que sería diferente a la materia normal.

12. Debido a que la materia oscura es invisible, los astrónomos tienen que hacer enormes esfuerzos por encontrarla. • De los muchos tipos de partículas elementales que podrían explicar la constitución de la materia oscura, se encuentran los neutrinos, que vienen a ser los únicos cuya existencia se encuentra comprobada.

13. Teorías sobre la composición de la materia oscura a)Teoría de los supercúmulos- afirma que el neutrino es el constituyente de la materia oscura. b)Teoría denominada Machos- trata de atribuir la existencia de materia oscura a estructuras como agujeros negros, estrellas enanas blancas, etc.c)Teoría de las Wimps- propone como componentes de la materia oscura a hipotéticas partículas exóticas aun no descubiertas.

14. Nuestra Vía Láctea aparece rodeada por una aureola de rayos gamma. Una de las posibles causas para que se generen estos resplandores de altísima energía se le atribuye a la interacción entre sí de las hipotéticas partículas masivas WIMPs que serían las comitentes primarias de la materia oscura, la materia invisible que estructuraría mayoritariamente el universo. Foto: cortesía de la NASA.

15. ¿Qué sucederá con nuestro universo en un futuro distante? • Si la cantidad de energía oscura es constante, dicen los astrónomos, el universo continuará expandiéndose a una velocidad acelerada. En unos 20 mil millones de años, solamente serán visibles desde la Tierra unas 100 galaxias. Piensen en ello como “la gran soledad”. • Si la energía oscura cambiara con el tiempo, podría disminuir y permitir que la gravedad dominara otra vez, impulsando al universo a colapsar en un “gran mordisco” (”big crunch”). O podría aumentar sus efectos y acelerar cada vez más la expansión, lo que llevaría al “gran desgarro” (”big rip”), en el cual la misma esencia del espacio-tiempo se estira tan rápidamente que aún los átomos resultan destrozados.

16. Steve Allen, un astrónomo de la Universidad de Cambridge en Inglaterra, dice que la energía oscura se mantiene constante y “se comporta de forma muy parecida a la constante cosmológica de las teorías de Einstein” sobre la evolución del universo. Si esta observación se sigue manteniendo bajo programas más rigurosos, podría estrechar sustancialmente el espectro de las explicaciones sobre lo que realmente es la energía oscura. Lo que no sería malo para una “constante” a la que Albert Einstein llamó su mayor equivocación.

18. Gracias por su atención.

19. Referencias: http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-11_03-01.htm http://www.edu.aytolacoruna.es/aula/fisica/teoria/particle/spanish/glossarys.html www.casanchi.com www.astrocosmos.com